JP5838436B1 - 導電性ボール定置用マスク、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板やウエハー上へのバンプ形成のための導電性ボール定置用マスクにおいて、厚さがマスク全体を通じて一定であり、面状、線状などの多様なデザインパターンで形成され、耐薬品性、機械的強度に優れたスペーサーを有するとともに、ワークを傷つけにくい導電性ボール定置用マスクを提供する。【解決手段】スペーサーを形成する部材として、ポリイミド等の樹脂製のシートを使用し、これに紫外線により、一定のデザインパターンのスペーサーを形成し、電解めっきなどで作製したメタルマスク上に貼りつける。または、メタルマスク上に樹脂シートを貼りつけた状態で、スペーサーを加工する。【選択図】図１

Description

本発明は、基板やウエハーなどのワーク上の電極に、導電性ボールを定置するためのマスクに関するものである。

半導体製造工程において、フリップチップ実装をしたり、シリコンウエハー上にバンプ電極形成をしたりするときは、基板やシリコンウエハーなどのワーク上に所定のパターンで配置された電極に半田等の導電性金属からなる導電性ボールを定置して、これをリフロー処理して半田を溶融させて電極に接着させる方法が一般的に用いられている（例えば特許文献１参照）。

ここで、導電性ボールを定置させるための治具として、金属の薄板に微細な開口が形成された孔版であるメタルマスクが使われる。この開口は、ワーク上の電極に対応するパターンで形成されており、メタルマスクがワークに対して適正に配置されたとき、電極上に導電性ボールを適正に定置できるように設定されている。

この工程において、電極上には予めフラックスが塗布されている。これは、リフロー処理時に、電極の酸化皮膜を除去して電極の濡れ性を向上させて、溶融した半田が良好に接着できるようにしたり、導電性ボールが定位置から移動しないようにしたりするためである。

ところで、メタルマスクのワークに対向する面（以下、「定置面」という）が、ワーク上の電極が配置される側の面（以下、「被定置面」）に接触し、定置面にフラックスが付着してメタルマスクを汚すのを避けるために、メタルマスクの定置面に所定の厚さのスペーサーを設けて、被定置面から一定距離だけ離す手段が用いられている（例えば特許文献２参照）。

このスペーサーの素材としては、メタルマスクと同じ材質の金属を用いて、電解めっき法などにより一体的に形成する方法が一般に使用されている。しかしながら、金属製のスペーサーは硬いので、ワークの被定置面を傷つけやすい。そこで、スペーサー部をフォトレジストなどの比較的柔らかい樹脂で形成して、被定置面を保護する方法も知られている（例えば特許文献３参照）。

ここで、スペーサーの厚さにばらつきがあると、スペーサーがワークに接触せずに隙間が生じる箇所が発生するので、その隙間に導電性ボールが転がり込んで、リフロー時に溶解して隣接する電極同士を短絡する恐れがある。従って、定置面と被定置面の間隔を一定にして、適正に導電性ボールを定置できるように、メタルマスク全体を通じて厚さが一定である必要がある。また、メタルマスクの使用中にスペーサーが破損しないように、機械的強度に優れ、さらにフラックスやメタルマスクの洗浄液により溶解しないように、耐薬品性を有する必要がある。

ここで、電解めっき法で金属製のスペーサーを形成する場合、フォトリソグラフィ法により、感光性ドライフィルムや液状レジストといったフォトレジストのパターン形成工程や電鋳工程、フォトレジスト膜剥離工程など、工程が複雑である。また、デザインパターンが細かくなると、フォトレジストの密集したところには電流密度が集中するためめっきの析出が位置により不安定になり、スペーサー厚のバラつきが大きくなるという問題があった。また、樹脂で形成する場合も同様に、フォトレジスト塗布工程、フォトリソグラフィ法によるレジストパターン形成工程が必要なので、工程が複雑であり、また一定の厚さで塗布をするのが難しく、さらに機械的強度や耐薬品性の面でも不十分なものであった。

さらに、特許文献３に記載のように、スペーサーが支柱状のように突起した形状をしている場合は、より破損しやすいし、メタルマスクの定置面を洗浄するとき、ウエス等の洗浄用具が支柱に引っかかりやすいので、拭き上げがしにくいという問題があった。

特開平１１−２４３２７４ 特開２００５−１０１２４２ 特許第４６６４１４６号

この発明は、厚さがマスク全体を通じて一定であり、面状、線状などの機能的なデザインパターンで形成され、耐薬品性、機械的強度に優れるとともに、ワークを傷つけにくく、マスク洗浄がしやすいスペーサーを有する、導電性ボール定置用マスクを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、導電性ボールを、ワークの被定置面上に所定のパターンで配列された電極上に定置するための、導電性ボール定置用マスクであって、金属製の平板状のマスクと、フィルム状のシートと、を備え、前記マスクは、前記電極に対応するパターンで面内に形成され、導電性ボールが挿通可能な大きさの開口を有し、前記シートは、耐熱耐薬品樹脂であるポリイミドよりなる樹脂層と、面内に該シートを格子状、線状、面状またはこれらの組み合わせである一定のデザインパターンで切り抜いて形成されたスペーサーを有し、前記マスクと前記シートは、前記樹脂層が表側を向き、前記スペーサーが前記開口を塞がないように、エポキシ樹脂からなる熱・圧力硬化型の接着シートで接着されている、ことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、導電性ボールを、ワークの被定置面上に所定のパターンで配列された電極上に定置するための、導電性ボール定置用マスクの製造方法であって、電解めっき法、レーザ加工法、またはエッチング法の何れかの方法により、前記電極に対応するパターンで面内に形成され、導電性ボールが挿通可能な大きさの開口を有するマスクを作製する工程と、耐熱耐薬品樹脂であるポリイミドよりなる樹脂層を有するフィルム状のシートを、紫外線レーザで、格子状、線状、面状またはこれらの組み合わせである一定のデザインパターンで切り抜いて、前記シートの不要な部分を除去してスペーサーを形成する工程と、前記マスクの表面に、前記シートを、前記樹脂層が表側を向き、前記スペーサーが前記開口を塞がないように、エポキシ樹脂からなる接着シートで剥離可能に貼り合せる工程と、所定の熱や圧力で、前記マスクと前記シートを接着する工程、を備えることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、導電性ボールを、ワークの被定置面上に所定のパターンで配列された電極上に定置するための導電性ボール定置用マスクの製造方法であって、電解めっき法、レーザ加工法、またはエッチング法の何れかの方法により、前記電極に対応するパターン面内に形成され、導電性ボールが挿通可能な大きさの開口を有するマスクを作製する工程と、前記マスクの表面に、耐熱耐薬品樹脂であるポリイミドよりなる樹脂層を有するフィルム状のシートを、前記樹脂層が表側を向き、エポキシ樹脂からなる接着シートで、剥離可能に貼り合わせる工程と、前記シートの面内に、紫外線レーザで、前記マスクを切断しないように、加工条件を適正な値に調整して、前記シートを、格子状、線状、面状またはこれらの組み合わせである一定のデザインパターンで切断して、前記シートの不要な部分を除去してスペーサーを形成する工程と、所定の熱や圧力で、前記マスクと前記シートを接着する工程、を備え、前記スペーサーは前記開口を塞がないように形成されている、ことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１または２の何れか１項に記載の導電性ボール定置用マスクの製造方法において、前記マスクと前記シートを貼り合せる工程の後、接着する工程の前に、前記紫外線レーザで、前記マスクを切断しないように、加工条件を適正な値に調整して、前記シートを切断して空気溝ないし空気孔を加工する、ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、厚さが均一なシートをスペーサーの材料として使用するので、スペーサーの厚さがマスク全体を通じて一定の範囲に保たれて、スペーサーとワークが良好に密着するので、導電性ボールが両者の隙間に転がり込むことを防いで、不良をなくすことが可能となる。

請求項２の発明によれば、機械的強度や耐薬品性が高いポリイミドをシートの樹脂層として使用することで、金属により形成した場合にくらべ、ワークの被定置面を傷つけにくく、溶解や破損がしにくいスペーサーを形成することが可能となる。さらに、高い耐熱性を有するため、紫外線によって適正に切断でき、さらにシートとマスクの接着工程における熱変形が少ないという効果を有する。

請求項３の発明は、従来の支柱状に比べ、スペーサーが壊れにくく、マスクの洗浄がしやすい導電性ボール定置用マスクを得ることが可能になる。

請求項４の発明によれば、紫外線はポリイミドを綺麗に切断できるので、より寸法精度や形状のよいスペーサーを形成することが可能になる。

本発明の実施の形態に係る、導電性ボール定置用マスクの正面図（ａ）と、側面断面図（ｂ）である。 本発明の実施の形態に係る、マスクの正面図である。 本発明の実施の形態に係る、シートの正面図である。 本発明の実施の形態に係る、導電性ボール定置用マスクの製作途中段階の正面図である。 本発明の実施の形態に係る、導電性ボール定置用マスクの製造フロー図である。 本発明の実施の形態に係る、導電性ボール定置用マスクの使用状態図（断面図）である。 本発明の別の実施の形態に係る、導電性ボール定置用マスクの正面図である。 本発明の別の実施の形態に係る、導電性ボール定置用マスクの正面図である。 本発明の別の実施の形態に係る、導電性ボール定置用マスクの正面図である。 本発明の別の実施の形態に係る、導電性ボール定置用マスクの正面図である。 本発明の別の実施の形態に係るマスクの、電解めっき法による作製工程のフロー図である。 本発明の別の実施の形態に係るマスクの、エッチング法による作製工程のフロー図である。 本発明の別の実施の形態に係るマスクの、レーザ加工法による作製工程のフロー図である。

本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は実施の形態に係る、導電性ボール定置用マスク１の平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。まず、導電性ボール定置用マスク１は、大きく分けて、メタルマスク（マスク）２と樹脂シート（シート）３を備えており、メタルマスク２と樹脂シート３は、接着シート（図示略）で貼り合わされている。

メタルマスク２は、ニッケル、ステンレスなどの金属の薄板を素材とし、一般的に厚さは０．０１５ｍｍ〜０．２ｍｍであり、外形寸法は一辺が１００ｍｍ〜６００ｍｍの四辺形（正方形または長方形）をしている。ここで、メタルマスク２の製造方法は、後述するように、電解めっき法、エッチング法、レーザ加工法などがあるが、本実施の形態については、そのいずれも用いることができる。

メタルマスク２の面内には、導電性ボールを挿通させるために、φ０．０１ｍｍ〜１．００ｍｍの貫通孔である開口２１が所定のパターンで多数形成されている。ここで、開口２１の径は、導電性ボールがスムーズに挿通でき、かつ定置される位置がずれないように、導電性ボールの直径の１〜１．５倍に設定される。

次に、樹脂シート３は、厚さ０．０２〜０．２ｍｍのフィルムであり、外形寸法はメタルマスク３の開口２１全てを覆い隠せる面積以上であり、かつメタルマスク３の外形寸法よりは小さく設定されている。また、樹脂シート３の素材は、耐薬品性と耐熱性に優れ、機械的強度が高いポリイミドが使用される。

樹脂シート３の面内には、格子状のスペーサー３１が紫外線加工により形成されている。スペーサー３１は、一定のデザインパターンで樹脂シートが正方形状に切り抜かれて、メタルマスク２の開口２１を露出できるような大きさの格子状に形成されている。スペーサー３１の幅は、機械的強度を損なわないように、０．０１〜２０．０ｍｍに設定されている。スペーサー３１のデザインパターンは、樹脂シート３をメタルマスク２に適正に重ねたとき、スペーサー３１が開口２１同士の間隔、または開口２１の集合体（セル）同士の間隔に配置され、開口２１を塞がないようなデザインと大きさに形成されている。

紫外線加工法の光源は、ポリイミドのような難燃性樹脂を切断部の形状を崩すことなく綺麗に切断できる紫外線レーザが用いられる。

また、樹脂シート３の、スペーサー３１の周りは、空気溝３２が格子状に形成されている。これは、導電性ボール定置用マスク１をワークに密着させるために、ワークとスペーサー３１の間の空気を外部に逃がすための溝であり、スペーサー３１と同様に、紫外線レーザにより加工される。

また、メタルマスク２と樹脂シート３を貼り合わせる接着シートは、耐薬品性に優れた、エポキシ樹脂が使用される。接着シートは、熱や圧力により硬化して、接着力を発揮する。

次に、本実施の形態に係る、導電性ボール定置用マスク１の製造方法について、図５のフロー図に基づいて説明する。

まず、メタルマスク２の作製を行う（ステップＳ１）。本実施の形態において、メタルマスク２は、従来から存在する作製方法である電解めっき法（ステンレスなどの導電性金属の平板からなるめっき基材上に、フォトリソグラフィ法を用いて、感光性ドライフィルムや液状レジストといったフォトレジスト膜に対して、開口パターンを形成をした上で、めっき基材上にスルファミン酸浴や硫酸浴（ワット浴）などで電解ニッケルめっきを行う）、レーザ加工法（レーザ照射で、メタルマスクの素材である金属（主にステンレス）平板に直接開口を形成する）、エッチング法（フォトリソグラフィによりステンレス製の基材上への開口パターンの画像形成を行い，エッチングによる開口形成を行う）が考えられる。各作製工程の簡単なフローを図１１〜１３に記載した。

次に、紫外線レーザ加工にて樹脂シート３の加工を行い、スペーサー３１を形成する（ステップＳ２）。スペーサー３１は、樹脂シート３から矩形の小片を一定のデザインパターンで切り抜くことで、格子状に形成した。なお、ステップＳ１とステップＳ２は、順序が逆転しても良い。

次に、ステップＳ１で作製したメタルマスク２と、ステップＳ２で作製した樹脂シート３を、スペーサー３１が開口２１を塞がないように、位置合わせをし、貼り合わせる（ステップＳ３）。ここでは、接着はせずに、メタルマスク２と樹脂シート３は、剥離できる様に接着シートのタック力や、耐熱テープなどで、軽く固定されている。

次に、紫外線レーザ加工で、空気溝３２の加工を行う（ステップＳ４）。ステップＳ２で形成した４箇所の矩形の切り抜きを囲むように、縦横各３本のスリッド状に切断して、スペーサー３１が、それぞれ空気溝３２を介して分離した形になる。このとき、メタルマスク２をも切断しないように、紫外線レーザの加工条件を、適正な値に調整する。また、紫外線レーザ加工は、次のステップＳ４で、剥離が簡単に行えるように、なるべく余白部が一体になるように加工した（本実施の形態では、格子部分がすべてつながるようにする）。

ステップＳ４で生じた格子状の余白部を剥離する（ステップＳ５）。

所定の熱や圧力により、メタルマスク２と樹脂シート３を接着する（ステップＳ６）。

次に、本実施の形態の導電性ボール定置用マスク１による、導電性ボールの定置手順について、図６に基づいて説明する。

導電性ボール定置用マスク１を、ステンレス製の枠１００とポリエステル製のスクリーン１０１からなるスクリーン枠に張設し、製版をする。

製版された導電性ボール定置用マスク１を、電極１０３にフラックス（図示略）が塗布されたワーク１０２の所定の位置に設置する。

導電性ボール定置用マスク１の、反ワーク１０２側に、導電性ボール１０４を流し込み、開口２１を通じてワーク１０２の電極１０３上に定置させる。

本実施の形態に係る導電性ボール定置用マスク１によれば、厚さが均一な樹脂シート３を、スペーサー３１の材料として使用するので、スペーサー３１の厚さがマスク全体を通じて一定の範囲に保たれて、スペーサー３１とワーク１０２が良好に密着するので、導電性ボール１０４が隙間に転がり込むことを防ぐことができ、不良をなくすことができる。

また、機械的強度や耐薬品性が高いポリイミドを樹脂シート３に使用することで、金属で形成した場合にくらべ、ワーク１０２の被定置面を傷つけにくく、また使用中に溶解や破損がしにくいスペーサー３１を形成することが可能となる。さらに、高い耐熱性を有するため、紫外線によって適正に切断でき、さらに樹脂シート３とメタルマスク２の接着工程における熱変形が少ないという効果を有する。

また、従来の支柱状に比べ、スペーサー３１が壊れにくく、メタルマスク２の洗浄がしやすい導電性ボール定置用マスク１を得ることが可能になる。

さらに、紫外線はポリイミドを綺麗に切断できるので、より寸法精度や形状のよいスペーサー３１を形成することが可能になる。

また、空気溝３２から空気を逃がすため、スペーサー３１をワーク１０２に容易に密着させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本願発明の範囲は以上の実施の形態に限られるものではなく、これと同視しうる他の形態に対しても及ぶ。

例えば、スペーサー３１は、図７〜図１０の様に様々な形態をとりうる。ここで、実施の形態と同一の構成については、特に必要のない限り、説明を省略する。

先ず、図７の導電性ボール定置用マスク４のように、スペーサー６１はスペーサー３１と同様に格子状であるが、空気溝３２が設けられていない場合もある。この場合、段落００３１、００３２の工程は不要である。

また、図８の導電性ボール定置用マスク７は、スペーサー９１は線状であり、各線は樹脂シート９の外枠の部分から切り離されているため、上記の実施の形態のように、メタルマスク８と別個にスペーサー９１を加工して、後から貼り合わせるような加工はできない。そこで、樹脂シート９をメタルマスク８に貼り合せた後に、スペーサー９１を紫外線レーザで加工する。

この場合、スペーサー９１が線状であるので、格子状の場合より拭き上げが容易になり、洗浄がし易くなる。

また、この方法によれば、実施の形態のように、メタルマスク２と樹脂シート３の位置合わせを必要とせずに、より簡単な方法で導電性ボール定置用マスク８を製造することが可能となる。

さらに、図９に示した導電性ボール定置用マスク１０のように、例えばワーク１０２がウエハーであって、開口１１１のパターンが、円形をしている場合には、スペーサー１２１のような形状に形成することもできるし、図１０に示した導電性ボール定置用マスク１３のように、開口１４１のパターンが、特殊な場合には、スペーサー１５１のように、線状と面状を組み合わせた形状のスペーサー１５１を形成することもできる。

また、メタルマスク２、５、８、１１、１４（以下、「メタルマスク２等」という。）の製造方法は、ドリルやエンドミルのような、機械的な加工方法であってもよい。また、めっきで行う場合でも、電解ニッケルめっきに限られず、無電解めっき法を使用してもよい。この場合、無電解めっきの特性により、メタルマスクの厚さの均一性が、電解めっき法に比べて向上させることができる上、硬度の高い耐久性に優れためっき皮膜を得ることができる。

さらには、以上の実施の形態では、樹脂シート３、６、９、１２、１５（以下、「樹脂シート３等」という。）は、ポリイミドの単層構造であったが、これに限られず、ポリイミドと金属の多層構造であってもよい。この場合、メタルマスク２等と貼り合せたときに、導電性ボール定置用マスク１等をワーク１０２にセットした時に、ポリイミドがワーク１０２に接触するように（ポリイミドが表になるように）貼り合せる。

また、樹脂シート３等は、必ずしも単一の厚さのものを使用する必要はなく、厚さの異なるものを複数枚使用して、部分的にスペーサー３１等の厚さに変化をつけてもよい。このようにすることで、スペーサー３１等の厚さが場所によって異なる導電性ボール定置用マスク１を製造することができ、ワーク１０２に段差がある場合でも、スペーサー３１等がワーク１０２に適正に密着することができる。

また、樹脂シート３等の外枠部に、空気を逃がす空気孔を適宜設けることで、メタルマスク３等に貼り付けるときに空気をかんで気泡を形成しないようにし、樹脂シート３等を良好にメタルマスク２等に貼り合せることができる。

また、スペーサー３１、６１、９１、１２１、１５１（以下、「スペーサー３１等」という。）の加工は、紫外線の照射により樹脂を一定のデザインパターンに切断することができれば、紫外線レーザに限られない。例えば、樹脂シート３等にスペーサー３１等のデザインパターンが開口されたアパーチャー（孔版）を密着させ、紫外線を照射する方法でも、スペーサー３１等を形成することが可能である。

１、４、７、１０、１３ 導電性ボール定置用マスク
２、５、８、１１、１４ メタルマスク（マスク）
２１、５１、８１、１１１、１４１ 開口
３、６、９、１２、１５ 樹脂シート（シート）
３１、６１、９１、１２１、１５１ スペーサー

Claims (4)

1. 導電性ボールを、ワークの被定置面上に所定のパターンで配列された電極上に定置するための、導電性ボール定置用マスクであって、
   金属製の平板状のマスクと、フィルム状のシートと、を備え、
   前記マスクは、前記電極に対応するパターンで面内に形成され、導電性ボールが挿通可能な大きさの開口を有し、
   前記シートは、耐熱耐薬品樹脂であるポリイミドよりなる樹脂層と、面内に該シートを格子状、線状、面状またはこれらの組み合わせである一定のデザインパターンで切り抜いて形成されたスペーサーを有し、
   前記マスクと前記シートは、前記樹脂層が表側を向き、前記スペーサーが前記開口を塞がないように、エポキシ樹脂からなる熱・圧力硬化型の接着シートで接着されている、
   ことを特徴とする導電性ボール定置用マスク。
2. 導電性ボールを、ワークの被定置面上に所定のパターンで配列された電極上に定置するための、導電性ボール定置用マスクの製造方法であって、
   電解めっき法、レーザ加工法、またはエッチング法の何れかの方法により、前記電極に対応するパターンで面内に形成され、導電性ボールが挿通可能な大きさの開口を有するマスクを作製する工程と、
   耐熱耐薬品樹脂であるポリイミドよりなる樹脂層を有するフィルム状のシートを、紫外線レーザで、格子状、線状、面状またはこれらの組み合わせである一定のデザインパターンで切り抜いて、前記シートの不要な部分を除去してスペーサーを形成する工程と、
   前記マスクの表面に、前記シートを、前記樹脂層が表側を向き、前記スペーサーが前記開口を塞がないように、エポキシ樹脂からなる熱・圧力硬化型の接着シートで剥離可能に貼り合せる工程と、
   所定の熱や圧力で、前記マスクと前記シートを接着する工程、
   を備えることを特徴とする、導電性ボール定置用マスクの製造方法。
3. 導電性ボールを、ワークの被定置面上に所定のパターンで配列された電極上に定置するための導電性ボール定置用マスクの製造方法であって、
   電解めっき法、レーザ加工法、またはエッチング法の何れかの方法により、前記電極に対応するパターン面内に形成され、導電性ボールが挿通可能な大きさの開口を有するマスクを作製する工程と、
   前記マスクの表面に、耐熱耐薬品樹脂であるポリイミドよりなる樹脂層を有するフィルム状のシートを、前記樹脂層が表側を向き、エポキシ樹脂からなる熱・圧力硬化型の接着シートで、剥離可能に貼り合わせる工程と、
   前記シートの面内に、紫外線レーザで、前記マスクを切断しないように、加工条件を適正な値に調整して、前記シートを、格子状、線状、面状またはこれらの組み合わせである一定のデザインパターンで切断して、前記シートの不要な部分を除去してスペーサーを形成する工程と、
   所定の熱や圧力で、前記マスクと前記シートを接着する工程、
   を備え、前記スペーサーは前記開口を塞がないように形成されている、ことを特徴とする、導電性ボール定置用マスクの製造方法。
4. 請求項１または２の何れか１項に記載の導電性ボール定置用マスクの製造方法において、
   前記マスクと前記シートを貼り合せる工程の後、接着する工程の前に、
   前記紫外線レーザで、前記マスクを切断しないように、加工条件を適正な値に調整して、前記シートを切断して空気溝ないし空気孔を加工する、
   ことを特徴とする、導電性ボール定置用マスクの製造方法。

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