JP5524541B2 - 半田バンプ形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、半田バンプの形成方法に関する。

半田バンプの形成方法としては、例えば特許文献１に開示されているように、錫を含む半田を有する処理物に、遊離基ガスを照射して、半田の酸化膜を除去した後、無酸化雰囲気中で半田の融点以上の温度に処理物を加熱して、半田を溶融させて、その冷却して固化させるものがある。

特開２００５−２３０８３０号公報

半田バンプを形成する場合、例えば基板上に銅のような金属製のポストまたは配線パターンを形成し、その上に半田バンプを形成することがある。この場合に、特許文献1の技術を使用した場合、遊離基ガスを照射した場合に、金属製のポストや配線パターンに形成されている酸化膜も除去される。そのため、半田の溶融温度以上に加熱した場合、ポストや配線パターンまで半田が濡れてしまい、半田バンプの高さが意図したものよりも短くなるという問題があった。

本発明は、金属製のポストや配線パターンまで半田が濡れることがない半田バンプの形成方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様による半田バンプの形成方法では、まず、酸化雰囲気に晒すと酸化膜を形成する金属製ポストまたは金属製配線パターン上に、錫を含む半田層を配置した処理物を準備する。金属製ポストまたは金属製配線パターンには、例えば銅製のものを使用することができる。この処理物に、前記半田層の溶融温度よりも低い温度下で、遊離基ガスを照射する。遊離基ガスとしては、例えば水素ラジカルを使用することができる。この遊離基ガスの照射によって、金属製ポストまたは金属製配線パターンの酸化膜及び半田層の酸化膜が除去される。前記処理物が大気に晒される。大気に処理物を晒すことによって、金属製ポストまたは金属製配線パターンの外面（半田層と接触している部分は除く。）には、再度酸化膜が付着するが、半田層では、遊離基ガスによる再酸化抑制効果が働き、一定時間内であれば、酸化膜は形成されない。この後に、前記処理物を前記半田層の溶融温度以上の温度に加熱すると、半田層は溶融するが、酸化膜が形成されている金属製ポストまたは金属製配線パターンの表面に半田は濡れない。その結果、所定の高さを持つ正常な半田バンプが形成される。

以上のように、本発明によれば、遊離基ガスによってポストや配線パターン及び半田層の酸化膜を除去した後に、これらを大気に晒すことによって、ポストや配線パターンのみに酸化膜を形成させ、半田層には酸化膜を形成させていないので、半田を溶融しても、ポストや配線パターンに半田が濡れることが無く、半田バンプは所定の高さを有している。

本発明の第１の実施形態の半田バンプの形成方法の各過程を示す図である。 図１の半田バンプ形成方法において使用する装置の縦断面図である。 本発明の第２の実施形態の半田バンプの形成方法の各過程を示す図である。

本発明の第１の実施形態の半田バンプの形成方法では、図１（ａ）に示すように、処理物２は、基盤４を有している。この基盤４は、例えば半導体チップであり、その一方の面の所定位置上に、金属製、例えば銅製のポスト６が設けられている。これらポスト６の上面上に、それぞれ錫を含む半田層８がそれぞれ配置されている。大気中において、これらポスト６及び半田層８の取り付けを行うことにより、これらポスト６及び半田層８の表面には酸化膜６ａ、８ａがそれぞれ形成されている。

後述するように図２に示す装置において、半田層６の溶融温度よりも低い温度状態で、遊離基ガス、例えば水素ラジカルによって、図１（ｂ）に示すように酸化膜６ａ、８ａが除去される。

このように酸化膜６ａ、８ａを除去した後に、処理物２を酸化雰囲気、例えば大気に晒すと、同図（ｃ）に示すように、銅製ポスト６の外面には、再び酸化膜６ａが形成される。しかし、半田層８では、水素ラジカルによる再酸化抑制効果が働き、一定時間内であれば、酸化膜は形成されない。

この半田層８に酸化膜が形成されていない状態で、図２に示す装置において、対象物２を半田層８の溶融温度以上に加熱して、半田層８を溶融させた後に、常温に戻すと、図１（ｄ）に示すように半田層８が半田バンプ１０の状態になる。即ち、銅製ポスト６の酸化膜６ａによって半田層８の半田が銅製ポスト６に濡れることがなく、所定の高さの半田バンプ１０が形成される。

図２は、この半田バンプの形成に使用する装置１２を示している。この装置１２は、互いに空間的に分離されたプラズマ発生室１４および処理室１６からなる。プラズマ発生室１４には、マイクロ波Ｗを発生するマイクロ波発生装置１６が導波管１８およびマイクロ波導入窓２０を介して配置されており、また、水素ガスを発生する水素ガス源２２が供給管２４を介してプラズマ発生室１４に配置されている。これにより、プラズマ発生室１４は、水素ガス源２２から供給された水素ガスをマイクロ波発生装置１６で発生したマイクロ波によってプラズマ化し、水素ラジカル（遊離基ガス）を発生する。

プラズマ発生室１４には、処理室１６側にシールド２６が設けられている。シールド２６は、例えば金網からなり、プラズマ中に存在する不要な荷電粒子を可能な限り補集すると共に、プラズマ発生室１４内で発生したプラズマ中に含まれるガスを処理室１６に導入する。これにより、プラズマ発生室１４は、水素ラジカルを含むガスをシールド２６を介して処理室１６に導入する。

処理室１６には、処理物２を載置するための支持台２８が設けられている。支持台２８は、その内部に加熱器３０および冷却器（図示せず）を有しており、処理物２を加熱、冷却できる。処理室１６には、また、底面に排気口３２を介して真空ポンプ３４が設けられている。真空ポンプ３４は、プラズマ発生室１４及び処理室１６内のガスを外部に排気して、プラズマ発生室１４及び処理室１６内を減圧するためのものである。処理室１６またはプラズマ発生室１４には、図示していないが、窒素ガス源が設けられている。この装置１２では、処理室１６が開閉可能である。

処理室１６を開いた状態で支持台２８上に図１（ａ）に示した状態の処理物２が載置される。処理室１６が閉じられた後、真空ポンプ３４が作動して、処理室１６及びプラズマ発生室１４内を真空状態に排気し、その後に水素ガス源２２から水素ガスをプラズマ発生室１４に導入する。この状態でマイクロ波発生器１６を作動させて、水素ラジカルを発生させ、この水素ラジカルを処理物４に照射する。これによって、図１（ｂ）に示すように、銅製ポスト６及び半田層８の酸化膜６ａ、８ａが除去される。この際に、半田層８の融点温度よりも低い温度で処理物２を加熱するように、加熱器３０で加熱することもできる。マイクロ波発生器１６を停止させ、水素ガスの供給を停止し、加熱を停止し、その後、処理室１６及びプラズマ発生室１４内を大気圧に戻す。所定時間、大気圧状態を維持することによって、銅製ポスト６にのみ酸化膜６ａが形成される。その後、再度、真空ポンプ３４を作動させて、処理室１６及びプラズマ発生室１４内を真空状態とし、窒素ガスを導入して、半田層８の半田の溶融温度以上で半田層８が加熱されるように加熱器３０を作動させる。これによって、半田層８の半田が溶融する。一定の時間後に加熱器３０を停止させ、冷却器によって処理物２を冷却することによって溶けた半田が固化して半田バンプ１０が形成される。

本発明の第２の実施形態の半田バンプの形成方法では、処理物１０２は、図３（ｄ）に示すように、半導体チップのような基盤１０４上の所定の位置に金属製、例えば銅製の配線パターン１０６を形成し、これら配線パターン１０６上に、半田バンプ１１０をそれぞれ形成するものである。図３（ａ）に示すように、配線パターン１０６上に錫を含む半田層１０８がそれぞれ配置される。この状態において、配線パターン１０６の表面及び半田層１０８の表面にはそれぞれ酸化膜１０６ａ、１０８ａが形成されている。

図２に示した装置によって処理物１０２に水素ラジカルを照射し、図３（ｂ）に示すように配線パターン１０６、半田層１０８の表面から、酸化膜１０６ａ、１０８ａを除去する。これを図２の装置内において大気に晒すことによって、同図（ｃ）に示すように、配線パターン１０６の表面のみに酸化膜１０６ａを再度形成する。その後、図２の装置内において半田層１０８の溶融温度以上の温度に加熱して、半田層１０６を溶融させた後、冷却することによって半田バンプ１１０を形成する。

上記の実施形態では、銅製のポストや配線パターンを使用したが、酸化する可能性のある金属であれば、他の金属を使用したポストや配線パターンを使用することもできる。また、水素ラジカルを使用したが、他の遊離基ガスを使用することもできる。更に、図２に示した装置を第１及び第２の実施形態では使用したが、この装置に限ったものではなく、水素ラジカルのような遊離基ガスを処理物２、１０２に照射することができる装置と、照射後の処理物２、１０２を加熱冷却することができる装置とを、別個に使用することもできる。

２ １０２ 処理物
４ １０４ 基盤
６ ポスト
８ １０８ 半田層
１０４ 配線パターン

Claims (3)

1. 酸化雰囲気に晒すと酸化膜を形成する金属製ポストまたは金属製配線パターン上に錫を含む半田層を配置した処理物に、前記半田層の溶融温度よりも低い温度下で、遊離基ガスを照射する過程と、
   前記処理物を大気に晒す過程と、
   前記処理物を前記半田層の溶融温度以上の温度に加熱する過程とを、
   具備する半田バンプの形成方法。
2. 請求項１記載の半田バンプの形成方法において、前記金属は銅である半田バンプの形成方法。
3. 請求項１または２記載の半田バンプの形成方法において、前記遊離基ガスは水素ラジカルである半田バンプの形成方法。

Images