JP6578539B1

JP6578539B1 - 導電性ボール定置用マスクの製造方法

Info

Publication number: JP6578539B1
Application number: JP2019046528A
Authority: JP
Inventors: 藤井　雅文; 雅文藤井; 高大岩▲崎▼
Original assignee: 株式会社プロセス・ラボ・ミクロン
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2019-09-25
Anticipated expiration: 2039-03-13
Also published as: JP2020150136A

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、ビッカース硬度の高い導電性ボール定置用マスクを提供する。【解決手段】スペーサー層を形成する部材として、無電解ニッケルめっきで形成され、ホウ素ないしリンとの合金を含むニッケルを使用し、搭載層を形成する部材には、電解ニッケルめっきで形成され、ホウ素ないしリンとの合金を含まないニッケルを使用し、搭載層の、スペーサー層と接する面は無光沢であり、両者は不可分に密着している。【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とその製造方法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、孔版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、孔版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孔版を汚すのを避けるために、孔版の定置面に所定の厚さのスペーサー層を設けたものを用いて、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）。

このスペーサー層の素材としては、孔版と同じ材質の金属を用いて、電気ニッケル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。電解めっき法でスペーサー層を形成する場合には、次のような問題点が指摘されている。

先ず、一般的な導電性ボール定置用マスクは、孔版の厚さが約０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍであるのに対し、スペーサー層の厚さは、０．０２〜０．０５ｍｍである。従って、導電性ボール定置用マスクの耐久性や寿命は、スペーサー層を構成する金属の物性に依存している。従来は、孔版とスペーサー層は同じめっき浴で形成されるのが一般的あった。ここで、孔版上にスペーサー層を剥がれないように高い密着性で形成するためには、孔版のめっき析出側の面の性状は、無光沢である必要があるが、しかしながら、無光沢の電気ニッケルめっきは、ビッカース硬度の上限が５５０ＨＶ程度であり、従来の様に孔版とスペーサー層を同じめっき浴で形成する製造方法では、近年のデザインルールの狭ピッチ化に伴う孔版の薄型化に対応しきれなくなってきている。

次に、従来はスペーサー層の幅は５ｍｍ程度であったが、近年の狭ピッチ化に伴い１ｍｍを下回るものが現れ始めている。電気ニッケルめっきによるスペーサー層形成工程は、先ず、めっき基材上に孔版を形成し、その上に孔版の開口を塞ぐように、レジストパターンを形成し、そのレジストパターンの間隔にニッケルめっきを孔版との密着を保持しながら析出させ、後に無機アルカリでレジストパターンを除去するが、レジストパターンが細かくなり、スペーサー層幅が１ｍｍを下回ると、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電気めっきの性質により、めっきの析出が位置により不安定になり、スペーサー層厚のバラつきが大きくなるという問題があった。

ここで、スペーサー層の厚さにばらつきがあると、スペーサー層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、孔版全体を通じて厚さが一定である必要がある。

特開平１１−２４３２７４特開２００５−１０１２４２

この発明は、厚さが全体を通じて一定であり、面状、線状、格子状などの機能的なデザインパターンで形成され、また従来のものより硬度が高いため、寿命や耐久性に優れたスペーサー層を有する、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に記載の発明は、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、電気伝導性を有する基板上に、フォトリソグラフィ法で開口パターンに相当する第１レジスト層を形成する工程と、光沢剤を添加しない電解ニッケルめっき法で、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搭載層を形成する工程と、前記搭載層の上に、フォトリソグラフィ法で前記開口を塞ぐように、スペーサー層に対応する第２レジスト層を、間隔が１ｍｍ未満の部分を有するように形成する工程と、無電解ニッケルめっき法で、前記第２レジスト層の間隔に、前記開口を塞がないように格子状、線状、面状、またはこれらの組み合わせである前記スペーサー層を、前記搭載層と一体的に形成する工程と、前記第１レジスト層と前記第２レジスト層を除去する工程と、を含み、前記搭載層のめっき成長面は、無光沢である、
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。

請求項１の発明によれば、スペーサー層の厚さがマスク全体を通じてバラつきが少ない（±３μｍ以下）ため、スペーサー層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。また、搭載層の対スペーサー層側が無光沢であるため、スペーサー層との密着を確保することが可能となる。

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、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。なお、図面において、図面中の各部の構成の大きさ、間隔、数、その他詳細は、視認と理解の助けのために、実際の物に比べて大幅に簡略化・省略化して表現している。
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、搭載層２とスペーサー層３を備えており、搭載層２とスペーサー層３は、一体不可分に密着している。

搭載層２は、ニッケルの薄板を素材とし、一般的に厚さは０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍであり、外形寸法は一辺が１００ｍｍ〜６５０ｍｍの四辺形（正方形または長方形）をしている。搭載層２の表面は、スペーサー層３と対向する側が、無光沢である。

搭載層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。

搭載層２の製造方法は、後述するように、フォトリソグラフィ法と電解めっき法を用いている。この電解めっき法は、形成したニッケル板にホウ素ないしリンとの合金を含まず、ビッカース硬度が５５０ＨＶ以下であり、めっき析出面が無光沢である。なお、本実施の形態では、ものが映り込む状態を光沢、映り込まない状態を無光沢、ぼやけながら映る状態を半光沢という。

次に、スペーサー層３は、ニッケルの薄板を素材とし、厚さ０．０２〜０．０５ｍｍの金属であり、外形寸法は開口２１を全て覆い隠せる面積以上であり、かつ搭載層２の外形寸法と同等若しくは小さく設定されている。

スペーサー層３は、線状、面状、格子状またはこれの組み合わせ形状で形成され、開口２１を塞がないように配置されており、全体を通じて、面内の厚さのバラつきが±３μｍ以下であるように設定されている。本実施の形態では、スペーサー層３は、開口２１の配置に合わせ、線と面の複合形状をしている。

スペーサー層３の製造方法は、後述するように、フォトリソグラフィ法と無電解めっき法を用いている。この無電解めっき法は、形成したニッケル板にホウ素ないしリンとの合金を含み、ビッカース硬度が６５０ＨＶ以上であり、めっき析出面が半光沢である。

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２のフロー図に基づいて説明する。

まず、めっき基材の準備を行う。本実施の形態において、めっき基材は、厚さ０．５〜２ｍｍの一辺が５００〜７５０ｍｍの矩形状のＳＵＳ３０４平板材であり、使用前にバフ研磨、塩酸水溶液による酸洗浄、水洗、乾燥による整面工程を行う。

次に、フォトリソグラフィ法と電解めっき法を主工程として、搭載層２の作製を行う。すなわち、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、開口パターンに相当する第１レジスト層を形成し（ステップＳ２）、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（ステップＳ３）。電解ニッケルめっきの電流密度と時間は、搭載層２が所望の厚さに形成されるように、適宜調整をする。このとき、電解めっきの特性から、電流密度が高すぎると、ニッケルの析出速度も高くなり、めっき時間が短縮できる一方、第１レジスト層が密集する領域ではめっきの析出が促進されるので、形成された搭載層２の面内の膜厚のばらつきが大きくなるので好ましくない。一方、低すぎると、析出速度が低下して、所望の厚さに形成するための所要時間が増大し、生産効率を下げるので、これもまた好ましくない。本実施形態では０．５〜２Ａ／ｃｍ^２に設定することが好ましい。

本実施の形態に係る電解ニッケルめっき法では、添加物にジメチルアミンボランや、次亜リン酸ナトリウムなどの、ホウ素ないしリンを含み、めっき皮膜を硬くすることを主な目的とする添加剤を添加しない。従って、形成されたニッケルめっき皮膜には、ホウ素ないしリンとニッケルとの合金は含まれない。

また、サッカリンなどのいわゆる光沢剤は、スペーサー層３の密着力を確保するため、搭載層２のめっき析出面に光沢を発生させない程度以下しか添加しないことが好ましく、無添加であることがさらに好ましい。

次に、ステップＳ２と同様に、フォトリソグラフィ法によって、搭載層２の上に、スペーサー層３に相当する第２レジスト層を形成する（ステップＳ４）。このとき、第２レジスト層は、スペーサー層３が開口２１を塞がないようなパターンと形状に設定する。

次に、無電解ニッケルめっき法で、搭載層２の上に、スペーサー層３を形成する（ステップＳ５）。本実施の形態では、無電解ニッケルめっきは、硫酸ニッケルをベースとし、次亜リン酸ナトリウムを還元剤に使用しためっき浴で行った。本組成のめっき浴においては、ニッケル析出過程において、次亜リン酸ナトリウムに含まれるリンの一部が、ニッケルと合金を形成し、ニッケルめっき皮膜中に共析され、これにより、当該合金を含まない場合に比べ、ビッカース硬度が高いニッケルめっき皮膜が得られる。

無電解ニッケルめっき法におけるニッケルの析出は、電解ニッケルめっき法とは異なり、レジストの疎密に影響を受けず、めっきされる面全体にほぼ均一である。一方、析出の速度は、温度に依存し、温度が低いと析出速度が低下するので好ましくない。一方、高すぎると、レジストの密着性を損なうので、これもまた好ましくない。本実施の形態では、無電解ニッケルめっき浴の温度は、５５〜８０℃に設定した。

搭載層２の表面は、前述の通り無光沢であるので、スペーサー層３は搭載層２に、不可分に密着して形成される。

次に、めっき基材ごと、苛性ソーダなどの無機アルカリ水溶液に浸漬して、第１レジスト層と第２レジスト層を除去する（ステップＳ６）。

最後に、めっき基材から、導電性ボール定置用マスク１を剥離して完成させる（ステップＳ７）。

なお、無電解ニッケルめっきのめっき析出面は光沢を有するため、搭載層２を無電解ニッケルめっき法で形成することは、スペーサー層３との密着性を損なうので好ましくない。

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３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、スペーサー層３の厚さがマスク全体を通じてバラつきが少ない（±３μｍ以下）ので、スペーサー層３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、搭載層２の対スペーサー層３側が無光沢であるため、スペーサー層３との密着を確保することが可能となる。

また、スペーサー層３にはリンないしホウ素とニッケルとの合金が含まれるため、含まない場合に比べてビッカース硬度が高く、搭載層２の薄型化に対応して、導電性ボール定置用マスク１の耐久性や寿命を保つことが可能となる。

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。

スペーサー層３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層３の厚さに変化をつけてもよい。このようにすることで、スペーサー層３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、スペーサー層３がワーク１０２に適正に密着することができる。

また、無電気ニッケルめっきの還元剤は、次亜リン酸塩に限られず、ジメチルアミンボランのようなホウ素を含むものでもよい。この場合、ニッケルめっき皮膜にはホウ素との合金が共析される。

１導電性ボール定置用マスク
２搭載層
２１開口
３スペーサー層

Claims

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、
電気伝導性を有する基板上に、フォトリソグラフィ法で開口パターンに相当する第１レジスト層を形成する工程と、
光沢剤を添加しない電解ニッケルめっき法で、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搭載層を形成する工程と、
前記搭載層の上に、フォトリソグラフィ法で前記開口を塞ぐように、スペーサー層に対応する第２レジスト層を、間隔が１ｍｍ未満の部分を有するように形成する工程と、
無電解ニッケルめっき法で、前記第２レジスト層の間隔に、前記開口を塞がないように格子状、線状、面状、またはこれらの組み合わせである前記スペーサー層を、前記搭載層と一体的に形成する工程と、
前記第１レジスト層と前記第２レジスト層を除去する工程と、を含み、
前記搭載層のめっき成長面は、無光沢である、
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。