JP4046658B2

JP4046658B2 - Bump forming method and flux coating apparatus

Info

Publication number: JP4046658B2
Application number: JP2003202648A
Authority: JP
Inventors: 太郎河野; 行雄佐々木; 信二石川; 英児橋野
Original assignee: Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2023-07-28
Also published as: JP2005044982A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプ形成方法およびフラックス被覆装置に関し、特に、基板に形成されたバンプ形成位置上にハンダボール等の導電性ボールを用いてバンプを形成する方法、および基板に配列された導電性ボール表面をフラックスで被覆する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体の電気的接続においては、ハンダボール等の導電性ボールからなる微小金属球を使用したバンプ形成技術が用いられるようになっている。
【０００３】
この場合、一般的には基板のバンプ形成位置となる電極上に電気的接続の信頼性を確保するために、バンプ下地金属（ＵｎｄｅｒＢｕｍｐＭｅｔａｌ、以下「ＵＢＭ」と称する。）を形成し、フラックスを各ＵＢＭ上に塗布する。さらに、導電性ボールを各ＵＢＭ上に一括搭載した後、導電性ボールをリフローして溶融させ、冷却固化させてバンプを形成する。その後、基板が半導体ウエハの場合には、個々のチップに切断するダイシング工程を経て、バンプが形成された半導体チップが完成する。なお、バンプを電極に直接形成する場合には、ＵＢＭと電極とは同義となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したバンプ形成において、すべての導電性ボールがリフローによって正しい形状のバンプを形成するとは限らない。たとえば、図１（ａ）に示すように、導電性ボールがリフローによって基板Ｗにおける一部のバンプ形成位置（Ｗ１）上のＵＢＭ（電極１０）と溶融結合しない（バンプ欠落）ことがある。
【０００５】
また、図１（ｂ）に示すように、リフロー中に移動した導電性ボールが隣接する導電性ボールと合体し、大型（異形）のバンプ１１が形成される、あるいは図１（ｃ）に示すように、隣接する導電性ボールが合体して隣接する電極間に架橋（ブリッジ）１２を形成する場合がある。以後、バンプ欠落、異形バンプ、ブリッジ等の欠陥を「バンプ欠陥」と称する。
【０００６】
また、フラックスが不足する場合もある。ＵＢＭ上に塗布されたフラックスは、導電性ボールの底面に付着する。フラックスが付着した導電性ボールの底面部分では、リフロー中に酸化膜が除去される。一方、導電性ボール上面にはフラックスが存在しないため、酸化膜除去が十分に出来ず、表面性状が悪く（凸凹がある）、光沢の無いバンプが生ずることがある。
【０００７】
これらの有害な現象を回避するためには、ＵＢＭ上に塗布するフラックスの塗布量を調節する。
異形バンプまたはブリッジが形成されるのを回避するには、リフロー時の導電性ボールの移動量を小さくすることが有効であり、フラックスの塗布量を減らす必要がある。ところが、フラックスの塗布量を減らすと、ＵＢＭおよび導電性ボールの酸化膜除去が十分に行われず、バンプ欠落が増加したり、バンプの表面性状が悪化したりする。
【０００８】
本発明は、上述した問題、すなわちフラックスの塗布量におけるこの二律背反の現象を解決するためのバンプ形成方法、およびバンプ形成に使用するフラックス被覆装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のバンプ形成方法は、塗布フラックスを塗布した基板上に導電性ボールを配列した後、前記基板の電極上に配列された導電性ボールの表面の少なくとも一部を、噴霧した被覆フラックスで被覆し、（前記塗布フラックスの固形分含有量）＞（前記被覆フラックスの固形分含有量）であり、当該導電性ボールを溶融し冷却固化させてバンプを形成することを特徴とする。
【００１０】
本発明のバンプ形成方法の他の特徴とするところは、前記基板上に塗布する塗布フラックスと、前記導電性ボールの表面の少なくとも一部を被覆する被覆フラックスとが、異なる物質であることを特徴とする。
【００１１】
本発明のフラックス被覆装置は、塗布フラックスを塗布した電極上に導電性ボールが配列された基板の移動装置と、前記基板上方に設置された噴霧装置とを有し、前記噴霧装置から被覆フラックスを噴霧して当該導電性ボール表面を前記被覆フラックスで被覆することを特徴とする。
【００１２】
本発明のフラックス被覆装置の他の特徴とするところは、塗布フラックスを塗布した電極上に導電性ボールが配列された基板の設置機構と、被覆フラックスの微小液滴を発生し空間に浮遊させる浮遊装置と、密閉性が高く前記設置機構ならびに前記浮遊装置を内部に収納可能なチャンバーとを有し、前記チャンバー内の空間に浮遊する前記被覆フラックスの微小液滴を当該基板に堆積させることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態による基板上へのバンプ形成方法およびバンプ形成に使用するフラックス被覆装置について説明する。なお、以下の説明において、従来例と実質的に同一または対応する部材には同一の符号を用いる。
【００１４】
図２は、バンプ形成方法を工程順に示す図である。ここでは、たとえばフリップチップボンディングに用いられるバンプの形成を対象としており、半導体パッケージの小型化および高密度実装化の観点から、近年では直径１５０μｍ以下の微小な導電性ボール（ハンダボール）が用いられている。
【００１５】
図２に示すように、シリコンウエハ等のバンプ形成材料を受け取ったならば（ステップＳ１０１）、検査を行い（ステップＳ１０２）、必要であれば洗浄する（ステップＳ１０３）。その後、ウエハ上の電極のうちバンプ形成するものの位置にスパッタ法、無電解メッキ法、電解メッキ法等によりＵＢＭを形成する（ステップＳ１０４）。
【００１６】
ここで、基板として、例えば３インチ（７５ｍｍ）以上のサイズの各種半導体ウエハ、プリント基板などを対象としている。また、ウエハ全体で使用する導電性ボールの総数は数十万個になる。また、導電性ボールとして金属ボールが用いられることが多く、特に、ハンダボールは融点が低く、各種ＵＢＭとの接合性が高いことから好適である。
【００１７】
ＵＢＭの形成後、検査を行ってから（ステップＳ１０５）、スタンプ転写方式やスクリーン印刷方式等によりフラックスを各ＵＢＭ上に塗付する（ステップＳ１０６）。
【００１８】
なお、フラックスはバンプ形成工程において、（ａ）導電性ボールの搭載工程（後述するステップＳ１０７）から導電性ボールがリフロー工程（後述するステップＳ１１０）によってバンプとなるまでの間、ＵＢＭ上に導電性ボールを固定する役割と、（ｂ）リフロー工程にてＵＢＭおよび導電性ボール表面の酸化膜除去を行う役割とを担う。
【００１９】
続いて、導電性ボールを各ＵＢＭ上に搭載する（ステップＳ１０７）。
次に、導電性ボールを各ＵＢＭ上に搭載した後、導電性ボールの欠落、余剰導電性ボール、および導電性ボールの位置ずれ等、導電性ボールの搭載ミスの有無について検査を行う（ステップＳ１０８）。この検査方法として、例えばカメラにより基板の上面を撮像し、得られた画像情報から導電性ボールの搭載ミスの有無を検査すれば良い。
仮に、導電性ボールの搭載ミスがあれば欠落位置への導電性ボールの供給、余剰導電性ボールの除去、および導電性ボール搭載位置の修正を行う（ステップＳ１０９）。
【００２０】
次に、導電性ボールの搭載ミスがなければそのまま、導電性ボールをリフローして溶融させ、冷却固化させてバンプを形成する（ステップＳ１１０）。
なお、リフロー工程は、電極及び導電性ボール表面の酸化膜除去を行う予熱工程と、導電性ボールを溶融して電極と導電性ボールを金属接合せしめるリフロー工程から成る。
【００２１】
バンプ形成後、洗浄したならば（ステップＳ１１１）、不良バンプの有無について検査を行い（ステップＳ１１２）、一連の工程を終了する。
【００２２】
次に、本発明の一実施形態によるバンプ形成方法、およびバンプ形成に使用するフラックス被覆装置について説明する。
図３は、本発明の実施形態によるバンプ形成方法の手順を示すフローチャートである。
【００２３】
上述したステップＳ１０１〜ステップＳ１０９と同様にして、あらかじめ基板のＵＢＭ上に導電性ボールを配列させる。
【００２４】
次に、フラックスを基板の上方から噴霧するなどの方法を用いて、導電性ボールの少なくとも一部の表面をフラックスで被覆する（ステップＳ１１３）。
これにより導電性ボールは、上面を中心として理想的には導電性ボールのほぼ全面がフラックスで被覆されることにより、リフローの際に導電性ボールから酸化物が除去され導電性ボール全体が溶融する。その結果、表面が平滑で光沢を持つ、良好な表面性状のバンプが得られる（ステップＳ１１０〜Ｓ１１２）。
【００２５】
導電性ボールの少なくとも一部の表面をフラックスで被覆するには、後述の装置を用いればよい。なお、フラックスの被覆条件を制御して、配列された導電性ボールが移動するのを避ける必要がある。
【００２６】
なお、本実施形態においては、フラックスを塗布した基板上に導電性ボールを配列し、その後、当該導電性ボール表面の少なくとも一部の表面を、噴霧したフラックスで被覆する。つまり、図３においてフラックス塗布（ステップＳ１０６）を実施する方法である。
【００２７】
基板上に塗布したフラックス（以下、「塗布フラックス」と称する。）に接触するＵＢＭと導電性ボールの底面では、塗布フラックスが酸化膜除去効果を発揮する。一方、導電性ボール表面の少なくとも一部を、噴霧によって被覆したフラックス（以下、「被覆フラックス」と称する。）は、導電性ボールを被覆した部分の酸化膜除去を行う。塗布フラックスと被覆フラックスは、理想的にはＵＢＭおよび導電性ボール全面に付着して全面の酸化膜を除去することから、リフローによって表面が平滑で光沢を持つ、良好な表面性状のバンプが得られる。
【００２８】
基板上へのフラックスの塗布方法は、スタンプ転写法、スクリーン印刷法、スピンコート法、噴霧法等のいずれの方法を用いることができる。また、配列する導電性ボールの種類、配列方法は特に制限がない。塗布フラックスは、導電性ボールの搭載工程から導電性ボールがリフロー操作によってバンプとなるまでの間、ＵＢＭ上に導電性ボールを固定する役割と、予熱操作においてＵＢＭ及び導電性ボール表面の酸化膜除去を行う役割を担う。
一方、被覆フラックスは、噴霧するなどの方法を用いて導電性ボールを被覆するため、噴霧できることが必要である。
【００２９】
つまり、両フラックスの塗布および被覆の方法や、各々の役割が異なることから、塗布フラックスと被覆フラックスは同一の物質でないことが好ましい。
塗布フラックスとしては、固形分の割合が高く、ＵＢＭ上に導電性ボールを固定する能力を有するものを選択する。一方、被覆フラックスとしては、固形分の割合を下げ、溶剤の割合が高くすることで粘度が低く、噴霧が容易な構成のものを用いる。固形分の代表としてロジン、溶媒としてはイソプロピルアルコールが挙げられるが、通常用いられるフラックス成分であれば、いずれの物質でも使用可能である。
【００３０】
次に、本実施形態におけるフラックス塗布装置について、図４を用いて説明する。本装置は、被覆フラックスを導電性ボールに直接噴霧する方式である（以下、「噴霧装置」と称する）。
【００３１】
ＵＢＭ４１上に導電性ボール４２が配列された基板４３は、移動可能なステージ４４上に搭載される。ステージ４４としては、例えばボールネジでステージを移動させるＸ−Ｙステージなどを使用することができる。ステージ４４の上方には、フラックス噴霧用ノズル４５が装着されている。
【００３２】
フラックス噴霧用ノズル４５には、パイプを介してフラックスタンク４６がつながっている。フラックスタンク４６には被覆フラックス４７が入っており、被覆フラックス４７がフラックス噴霧用ノズル４５に供給される。さらに、フラックス噴霧用ノズル４５には、圧縮空気供給パイプを通じて圧縮空気４８が供給される。
【００３３】
フラックス噴霧用ノズル４５から被覆フラックス４７の液滴が吹き出される。一方、基板４３はステージ４４と共に移動するために、被覆フラックス４７は導電性ボール４２に均一に付着する。
【００３４】
被覆フラックス４７が導電性ボール４２に衝突付着する反動で導電性ボールが移動しないこと、またすべての導電性ボール４２を均一に被覆フラックス４７で被覆するために、液滴径は導電性ボール４２の径と比較して十分に小さくする必要がある。たとえば、液滴径は導電性ボール径の１／２以下とすることが好ましい。噴霧される被覆フラックス４７の量および液滴の粒径は、供給されるフラックス量と圧縮空気量、空気圧を調節することで制御する。
【００３５】
また、別種のフラックス塗布装置について、図５を用いて説明する。本装置は、被覆フラックスの液滴を浮遊させ、導電性ボールに堆積させる方式である（以下、「浮遊堆積装置」と称する。）。
【００３６】
チャンバー５１は密閉性の高い容器である。基板５２の設置ステージ５３は固定式である。基板５２上にはＵＢＭ５４があり、ＵＢＭ５４上に導電性ボール５５が配列されている。フラックス噴霧用ノズル５６と基板５３が設置されたステージ５２とは隔壁５７で分けられ、それぞれ別の区画に装着されている。
【００３７】
フラックス噴霧用ノズル５６には、パイプを介してフラックスタンク５８がつながっている。フラックスタンク５８には被覆フラックス５９が入っており、被覆フラックス５９がフラックス噴霧用ノズル５６に供給される。さらに、フラックス噴霧用ノズル５６には、圧縮空気供給パイプを通じて圧縮空気６０が供給される。
【００３８】
フラックス噴霧用ノズル５６に供給されるフラックス量と圧縮空気量、空気圧を調節することで、噴霧される被覆フラックスの量と噴霧液滴の粒径を制御する。フラックス噴霧用ノズル５６から噴霧される液滴は、衝突壁６１に当たる。比較的大粒径の液滴は、衝突壁６１に衝突して付着する。一方、小粒径の液滴は、衝突壁６１を迂回する気流に乗って衝突壁６１上方の空間を浮遊する。
【００３９】
浮遊したフラックス液滴は、隔壁５７上の空間を移動して基板５３上の空間を満たしつつ、徐々に沈降して基板５３上に堆積する。この装置を用いることで、導電性ボール５５表面に徐々にフラックス５９を被覆することができ、導電性ボール５５は移動することなく、均一に被覆フラックス５９で被覆される。
【００４０】
以下、本発明の実施形態による具体的な実施例について説明する。
（参考例）
直径：８インチ（２００ｍｍ）、ウエハ上の電極数：１００，０００個、電極直径：１００μｍのシリコンウエハを受け入れた。当該シリコンウエハの電極上に、スパッタ法によって銅のＵＢＭを形成した。ついで、ＵＢＭ位置に直径１００μｍの６３％スズ−３７％鉛の共晶ハンダボールを１００，０００個搭載した。
【００４１】
次に、噴霧式のフラックス被覆装置を用いて、共晶ハンダボールの表面を被覆フラックス（ロジン：３０質量％、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）：３０質量％）で被覆した。顕微鏡観察の結果、被覆フラックスは共晶ハンダボールの表面のほぼ全面を被覆していた。
【００４２】
引き続いてシリコンウエハをリフローし、共晶ハンダボールを溶融してバンプとした。リフロー後のシリコンウエハを洗浄した後にバンプの検査を行ったところ、表面が平滑で光沢を持つ、良好な表面性状のハンダバンプが得られた。また１００，０００万個のバンプ中、バンプ欠落：４０箇所、異形バンプ：１箇所、ブリッジ：０箇所となり、高収率でハンダバンプを得ることができた。
【００４３】
（実施例１）
上述した参考例と同じシリコンウエハを受け入れ、同じ方法で銅のＵＢＭを形成した。ＵＢＭ付きシリコンウエハに、印刷法を用いて塗布フラックス（ロジン：９５質量％、チクソ剤：５質量％）を塗布した。以下、参考例と同じ方法と同一の材料を用いて、共晶ハンダボールの搭載、被覆フラックスの被覆、リフロー、洗浄、検査をそれぞれ行った。
【００４４】
検査の結果、表面が平滑で光沢を持つ、良好な表面性状のハンダバンプが得られたことが判明した。１００，０００個のバンプ中、バンプ欠落：０箇所、異形バンプ：０箇所、ブリッジ：０箇所となり、高収率でハンダバンプを得ることができた。
【００４５】
（実施例２）
参考例と同じシリコンウエハを受け入れ、同じ方法で銅のＵＢＭを形成した。次に、参考例と同じ方法と同一の材料を用いて、塗布フラックスの塗布、共晶ハンダボールの搭載を行った。引き続いて、浮遊堆積式のフラックス被覆装置を用いて、共晶ハンダボールの表面を被覆フラックス（成分は参考例と同じ）で被覆した。以下、参考例と同じ方法で、リフロー、洗浄、検査を行った。
【００４６】
検査の結果、表面が平滑で光沢を持つ、良好な表面性状のハンダバンプが得られたことが判明した。１００，０００個のバンプ中、バンプ欠落：０箇所、異形バンプ：０箇所、ブリッジ：０箇所となり、高収率でハンダバンプを得ることができた。
【００４７】
（比較例）
参考例と同じシリコンウエハを受け入れ、同じ方法で銅のＵＢＭを形成した。印刷法を用いて塗布フラックス（成分は参考例と同じ）を塗布した。ついでＵＢＭ位置に直径１００μｍの６３％スズ−３７％鉛の共晶ハンダボールを１００，０００個搭載した。
【００４８】
引き続いてシリコンウエハをリフローし、共晶ハンダボールを溶融してバンプとした。リフロー後のシリコンウエハを洗浄した後にバンプの検査を行ったところ、表面に凹凸があり、光沢の無い、表面性状の悪いハンダバンプとなっていた。また１００，０００個のバンプ中、バンプ欠落：５０箇所、異形バンプ：１箇所、ブリッジ：０箇所となった。
【００４９】
上述した参考例、実施例、比較例の条件、結果を下表に示す。
【００５０】
【表１】

【００５１】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、塗布フラックスを塗布した基板上に配列された導電性ボールに被覆フラックスを被覆した後に、リフローによって導電性ボールを溶解させることで、導電性ボールの全表面から金属酸化膜が除去され、表面が平滑かつ光沢を持つ、良好なバンプを得ることができる。また、本発明のフラックス被覆装置は、塗布フラックスを塗布した基板上に配列された導電性ボールに被覆フラックスを被覆するのに好適な装置である。
【図面の簡単な説明】
【図１】バンプ欠陥を説明するための図である。
【図２】バンプ形成方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態によるバンプ形成方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】噴霧式フラックス被覆装置の構成例を示す図である。
【図５】浮遊堆積式フラックス被覆装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
４１、５４バンプ下地金属（ＵＢＭ）
４２、５５導電性ボール
４３、５３基板
４４、５２ステージ
４５、５６フラックス噴霧用ノズル
４６、５８フラックスタンク
４７、５９被覆フラックス[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a bump forming method and a flux coating apparatus, and in particular, a method of forming a bump using a conductive ball such as a solder ball on a bump forming position formed on the substrate, and a conductive ball arranged on the substrate. The present invention relates to an apparatus for coating a surface with a flux.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in electrical connection of semiconductors, a bump forming technique using fine metal spheres made of conductive balls such as solder balls has been used.
[0003]
In this case, a bump base metal (Under Bump Metal, hereinafter referred to as “UBM”) is generally formed on the electrode at the bump formation position of the substrate to ensure the reliability of electrical connection, and the flux. On each UBM. Furthermore, after the conductive balls are collectively mounted on each UBM, the conductive balls are reflowed and melted, and then cooled and solidified to form bumps. Thereafter, when the substrate is a semiconductor wafer, a semiconductor chip on which bumps are formed is completed through a dicing process of cutting into individual chips. In addition, when forming a bump directly on an electrode, UBM and an electrode are synonymous.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the bump formation described above, not all conductive balls form the correct shape bumps by reflow. For example, as shown in FIG. 1A, the conductive ball may not be melt-bonded with the UBM (electrode 10) on a part of the bump formation position (W1) on the substrate W due to reflow (a missing bump).
[0005]
Further, as shown in FIG. 1B, the conductive balls moved during the reflow merge with the adjacent conductive balls to form large-sized (unshaped) bumps 11, or as shown in FIG. As described above, adjacent conductive balls may be combined to form a bridge (bridge) 12 between adjacent electrodes. Hereinafter, defects such as missing bumps, deformed bumps, and bridges are referred to as “bump defects”.
[0006]
Moreover, the flux may be insufficient. The flux applied on the UBM adheres to the bottom surface of the conductive ball. At the bottom portion of the conductive ball to which the flux is attached, the oxide film is removed during reflow. On the other hand, since there is no flux on the upper surface of the conductive ball, the oxide film cannot be sufficiently removed, the surface property is poor (there is unevenness), and a glossy bump may occur.
[0007]
In order to avoid these harmful phenomena, the amount of flux applied on the UBM is adjusted.
In order to avoid the formation of irregular bumps or bridges, it is effective to reduce the amount of movement of the conductive ball during reflow, and it is necessary to reduce the amount of flux applied. However, if the amount of flux applied is reduced, the UBM and the conductive balls are not sufficiently removed from the oxide film, resulting in an increase in missing bumps and a deterioration in the surface properties of the bumps.
[0008]
An object of the present invention is to provide a bump forming method for solving the above-mentioned problem, that is, the phenomenon of trade-off in the amount of flux applied, and a flux coating apparatus used for bump formation.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the bump forming method of the present invention, after conductive balls are arranged on a substrate coated with a coating flux, at least a part of the surface of the conductive balls arranged on the electrodes of the substrate is coated with a sprayed coating flux. And (solid content of the coating flux)> (solid content of the coating flux), and the conductive ball is melted and cooled and solidified to form bumps.
[0010]
Another feature of the bump forming method of the present invention is that the coating flux applied onto the substrate and the coating flux covering at least a part of the surface of the conductive ball are different substances. And
[0011]
The flux coating apparatus of the present invention includes a substrate moving device in which conductive balls are arranged on an electrode coated with a coating flux, and a spraying device installed above the substrate, and the coating flux is supplied from the spraying device. The conductive ball surface is coated with the coating flux by spraying.
[0012]
Other features of the flux coating apparatus of the present invention include a substrate installation mechanism in which conductive balls are arranged on an electrode coated with a coating flux, and a floating that generates micro droplets of the coating flux and floats it in space. An apparatus, a chamber having high sealing performance and a chamber in which the floating device can be accommodated, and depositing micro droplets of the coating flux floating in a space in the chamber on the substrate. And
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a bump forming method on a substrate and a flux coating apparatus used for bump formation according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are used for members that are substantially the same as or correspond to those of the conventional example.
[0014]
FIG. 2 is a diagram illustrating a bump forming method in the order of steps. Here, for example, the formation of bumps used for flip chip bonding is targeted. From the viewpoint of miniaturization and high-density mounting of semiconductor packages, minute conductive balls (solder balls) having a diameter of 150 μm or less are used in recent years. ing.
[0015]
As shown in FIG. 2, when a bump forming material such as a silicon wafer is received (step S101), inspection is performed (step S102), and cleaning is performed if necessary (step S103). Thereafter, a UBM is formed by sputtering, electroless plating, electrolytic plating, or the like at the position of the electrode on the wafer where the bump is to be formed (step S104).
[0016]
Here, as a substrate, for example, various semiconductor wafers having a size of 3 inches (75 mm) or more, a printed circuit board, and the like are targeted. In addition, the total number of conductive balls used on the entire wafer is several hundred thousand. Also, metal balls are often used as the conductive balls. In particular, solder balls are preferable because they have a low melting point and high bonding properties with various UBMs.
[0017]
After the UBM is formed, an inspection is performed (step S105), and then a flux is applied on each UBM by a stamp transfer method, a screen printing method, or the like (step S106).
[0018]
Note that the flux is conductive on the UBM during the bump formation process from (a) the conductive ball mounting process (step S107 described later) until the conductive ball becomes a bump in the reflow process (step S110 described later). It plays a role of fixing the ball and (b) a role of removing the oxide film on the surface of the UBM and the conductive ball in the reflow process.
[0019]
Subsequently, a conductive ball is mounted on each UBM (step S107).
Next, after the conductive balls are mounted on each UBM, an inspection is made for the presence of conductive balls such as missing conductive balls, excess conductive balls, and misalignment of the conductive balls (step S108). ). As this inspection method, for example, the upper surface of the substrate is imaged with a camera, and the presence or absence of mounting mistakes for the conductive balls may be inspected from the obtained image information.
If there is a mounting mistake in the conductive ball, the conductive ball is supplied to the missing position, the excess conductive ball is removed, and the conductive ball mounting position is corrected (step S109).
[0020]
Next, if there is no mistake in mounting the conductive ball, the conductive ball is reflowed and melted as it is, and then cooled and solidified to form bumps (step S110).
The reflow process includes a preheating process for removing the oxide film on the surfaces of the electrodes and the conductive balls, and a reflow process for melting the conductive balls and metal-bonding the electrodes and the conductive balls.
[0021]
If the bumps are cleaned after being formed (step S111), the presence or absence of defective bumps is inspected (step S112), and the series of steps is completed.
[0022]
Next, a bump forming method according to an embodiment of the present invention and a flux coating apparatus used for bump formation will be described.
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure of the bump forming method according to the embodiment of the present invention.
[0023]
In the same manner as Steps S101 to S109 described above, conductive balls are arranged in advance on the UBM of the substrate.
[0024]
Next, the surface of at least a part of the conductive ball is coated with the flux by using a method such as spraying the flux from above the substrate (step S113).
As a result, the conductive ball ideally covers almost the entire surface of the conductive ball with the flux centering on the upper surface, so that the oxide is removed from the conductive ball during reflow and the entire conductive ball is melted. . As a result, a bump having a good surface property with a smooth surface and gloss (steps S110 to S112).
[0025]
In order to coat at least a part of the surface of the conductive ball with the flux, an apparatus described later may be used. In addition, it is necessary to control the flux coating conditions to avoid movement of the arranged conductive balls.
[0026]
In this embodiment, conductive balls are arranged on a substrate coated with flux, and then at least a part of the surface of the conductive balls is covered with the sprayed flux. That is, this is a method of performing flux application (step S106) in FIG.
[0027]
On the bottom surface of the UBM and the conductive ball contacting the flux (hereinafter referred to as “application flux”) applied on the substrate, the application flux exhibits an oxide film removing effect. On the other hand, a flux in which at least a part of the surface of the conductive ball is coated by spraying (hereinafter referred to as “coating flux”) removes the oxide film on the portion coated with the conductive ball. The coating flux and the coating flux ideally adhere to the entire surface of the UBM and the conductive ball to remove the oxide film on the entire surface, so that a bump having a good surface property with a smooth surface and gloss can be obtained by reflow. .
[0028]
As a method for applying the flux onto the substrate, any method such as a stamp transfer method, a screen printing method, a spin coating method, or a spraying method can be used. In addition, there are no particular restrictions on the type and arrangement method of the conductive balls to be arranged. The coating flux is used to fix the conductive ball on the UBM from the mounting process of the conductive ball until the conductive ball becomes a bump by the reflow operation, and to remove the oxide film on the surface of the UBM and the conductive ball in the preheating operation. Take the role of doing.
On the other hand, the coating flux needs to be sprayable because it coats the conductive balls using a method such as spraying.
[0029]
That is, it is preferable that the coating flux and the coating flux are not the same substance, because the methods of coating and coating both fluxes and their roles are different.
As the coating flux, a flux having a high solid content and having an ability to fix the conductive ball on the UBM is selected. On the other hand, as the coating flux, a composition having a low viscosity and easy spraying is used by decreasing the solid content and increasing the solvent ratio. A representative solid component is rosin, and the solvent is isopropyl alcohol. Any commonly used flux component can be used.
[0030]
Next, the flux coating apparatus in this embodiment will be described with reference to FIG. This apparatus is a system in which the coating flux is directly sprayed onto the conductive balls (hereinafter referred to as “spraying apparatus”).
[0031]
The substrate 43 on which the conductive balls 42 are arranged on the UBM 41 is mounted on a movable stage 44. As the stage 44, for example, an XY stage that moves the stage with a ball screw can be used. Above the stage 44, a flux spray nozzle 45 is mounted.
[0032]
A flux tank 46 is connected to the flux spray nozzle 45 through a pipe. The flux tank 46 contains a coating flux 47, and the coating flux 47 is supplied to the flux spray nozzle 45. Further, the compressed air 48 is supplied to the flux spray nozzle 45 through a compressed air supply pipe.
[0033]
A droplet of the coating flux 47 is blown out from the flux spray nozzle 45. On the other hand, since the substrate 43 moves together with the stage 44, the coating flux 47 uniformly adheres to the conductive balls 42.
[0034]
In order to prevent the conductive balls from moving due to the reaction of the coating flux 47 colliding and adhering to the conductive balls 42, and to uniformly coat all the conductive balls 42 with the coating flux 47, the droplet diameter is that of the conductive balls 42. It is necessary to make it sufficiently small compared to the diameter. For example, the droplet diameter is preferably ½ or less of the conductive ball diameter. The amount of the coating flux 47 to be sprayed and the particle size of the droplets are controlled by adjusting the amount of supplied flux, the amount of compressed air, and the air pressure.
[0035]
Another type of flux coating apparatus will be described with reference to FIG. This apparatus is a system in which droplets of a coating flux are suspended and deposited on a conductive ball (hereinafter referred to as “floating deposition apparatus”).
[0036]
The chamber 51 is a highly airtight container. The installation stage 53 of the substrate 52 is fixed. A UBM 54 is provided on the substrate 52, and conductive balls 55 are arranged on the UBM 54. The flux spray nozzle 56 and the stage 52 on which the substrate 53 is installed are separated by a partition wall 57 and mounted in different compartments.
[0037]
A flux tank 58 is connected to the flux spray nozzle 56 via a pipe. The flux tank 58 contains the coating flux 59, and the coating flux 59 is supplied to the flux spray nozzle 56. Further, the compressed air 60 is supplied to the flux spray nozzle 56 through a compressed air supply pipe.
[0038]
The amount of coating flux to be sprayed and the particle size of spray droplets are controlled by adjusting the amount of flux supplied to the flux spray nozzle 56, the amount of compressed air, and the air pressure. The droplet sprayed from the flux spray nozzle 56 hits the collision wall 61. A droplet having a relatively large particle size collides with and adheres to the collision wall 61. On the other hand, the droplets having a small particle size float on the space above the collision wall 61 by riding on an air current that bypasses the collision wall 61.
[0039]
The floated flux droplets gradually settle and deposit on the substrate 53 while moving through the space on the partition wall 57 to fill the space on the substrate 53. By using this apparatus, the surface of the conductive ball 55 can be gradually coated with the flux 59, and the conductive ball 55 is uniformly coated with the coating flux 59 without moving.
[0040]
Hereinafter, specific examples according to the embodiment of the present invention will be described.
(Reference example)
A silicon wafer having a diameter of 8 inches (200 mm), the number of electrodes on the wafer: 100,000, and an electrode diameter of 100 μm was received. A copper UBM was formed on the electrode of the silicon wafer by sputtering. Then, 100,000 eutectic solder balls of 63% tin-37% lead having a diameter of 100 μm were mounted at the UBM position.
[0041]
Next, the surface of the eutectic solder ball was coated with a coating flux (rosin: 30% by mass, isopropyl alcohol (IPA): 30% by mass) using a spray type flux coating apparatus. As a result of microscopic observation, the coating flux covered almost the entire surface of the eutectic solder ball.
[0042]
Subsequently, the silicon wafer was reflowed, and the eutectic solder balls were melted to form bumps. Bumps were inspected after cleaning the reflowed silicon wafer, and as a result, solder bumps having a smooth surface and a glossy surface with good surface properties were obtained. In addition, among 100 million bumps, bump missing: 40 locations, deformed bump: 1 location, bridge: 0 locations, and solder bumps could be obtained with high yield.
[0043]
Example 1
The same silicon wafer as the reference example described above was received, and a copper UBM was formed by the same method. A coating flux (rosin: 95% by mass, thixotropic agent: 5% by mass) was applied to a silicon wafer with UBM using a printing method. Hereafter, eutectic solder balls were mounted, coated flux coated, reflowed, washed, and inspected using the same materials as in the reference example.
[0044]
As a result of the inspection, it was found that a solder bump having a good surface property with a smooth surface and gloss was obtained. Among 100,000 bumps, bump missing: 0 places, deformed bump: 0 places, bridge: 0 places, and solder bumps could be obtained with high yield.
[0045]
(Example 2)
The same silicon wafer as the reference example was received, and a copper UBM was formed by the same method. Next, using the same material as in the reference example, coating flux was applied and eutectic solder balls were mounted. Subsequently, the surface of the eutectic solder ball was coated with a coating flux (components are the same as in the reference example) using a floating deposition type flux coating apparatus. Thereafter, reflow, cleaning, and inspection were performed in the same manner as in the reference example.
[0046]
As a result of the inspection, it was found that a solder bump having a good surface property with a smooth surface and gloss was obtained. Among 100,000 bumps, bump missing: 0 places, deformed bump: 0 places, bridge: 0 places, and solder bumps could be obtained with high yield.
[0047]
(Comparative example)
The same silicon wafer as the reference example was received, and a copper UBM was formed by the same method. A coating flux (components are the same as in the reference example) was applied using a printing method. Subsequently, 100,000 eutectic solder balls of 63% tin-37% lead having a diameter of 100 μm were mounted at the UBM position.
[0048]
Subsequently, the silicon wafer was reflowed, and the eutectic solder balls were melted to form bumps. When the bumps were inspected after the reflowed silicon wafer was washed, the solder bumps had irregularities on the surface, no gloss, and poor surface properties. Further, among 100,000 bumps, bump missing: 50 places, deformed bump: 1 place, bridge: 0 places.
[0049]
The table below shows the conditions and results of the reference examples, examples, and comparative examples described above.
[0050]
[Table 1]

[0051]
The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
[0052]
【The invention's effect】
According to the present invention, after coating the coating flux on the conductive balls arranged on the substrate coated with the coating flux, the metal balls are dissolved from the entire surface of the conductive balls by dissolving the conductive balls by reflow. A good bump having a smooth and glossy surface can be obtained. The flux coating device of the present invention is a device suitable for coating the coating flux on the conductive balls arranged on the substrate coated with the coating flux.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a bump defect.
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of a bump forming method.
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure of a bump forming method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a spray-type flux coating apparatus.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a floating deposition type flux coating apparatus.
[Explanation of symbols]
41, 54 Bump base metal (UBM)
42, 55

Conductive ball

43, 53

Substrate

44, 52

Stage

45, 56 Flux spray nozzle 46, 58

Flux tank

47, 59 Covered flux

Claims

After the conductive balls are arranged on the substrate coated with the coating flux, at least a part of the surface of the conductive balls arranged on the electrode of the substrate is coated with the sprayed coating flux, The bump forming method is characterized in that the bump is formed by melting the conductive ball and cooling and solidifying the conductive ball.

The bump forming method according to claim 1, wherein the coating flux applied on the substrate and the coating flux covering at least a part of the surface of the conductive ball are different materials.

A substrate moving device in which conductive balls are arranged on an electrode coated with a coating flux;
A spraying device installed above the substrate;
A flux coating apparatus, wherein a coating flux is sprayed from the spraying apparatus to coat the surface of the conductive ball with the coating flux.

A substrate installation mechanism in which conductive balls are arranged on an electrode coated with a coating flux;
A floating device that generates microdroplets of coated flux and floats them in space;
A chamber having a high hermeticity and capable of accommodating the installation mechanism and the floating device inside;
A flux coating apparatus, wherein fine droplets of the coating flux floating in the space in the chamber are deposited on the substrate.