JPH03138941A - 半田バンプ形成方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半田バンプ形成技術に関し、特に、半導体集
積回路装置の実装技術に用いられる半田バンプの形成に
適用して有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

たとえば、半導体集積回路装置の実装技術の一つとして
、半田バンプなどからなる突起電極を介して半導体集積
回路装置を実装対象物に直接的に固定する方法が知られ
ている。

ところで、このような半田バンプの形成技術の一例とし
ては、たとえば、周知のリフト・オフ法なとによって、
半導体集積回路装置が形成される半導体基板の表ｆの目
的の電極形成部位に選択的に半田を被着させ、その後、
被着された半田を加熱・溶融させることで、半田自体の
表面張力による球状化を利用して半田バンプを形成する
方法が知られている。

その場合、加熱による球状化処理に供される半田の表面
に融点の高い酸化膜などが形成されていると、形成され
る半田バンプの形状がいびつになるなどして、後のボン
ディング工程における不良発生などの原因となる。

このため、従来では、酸化防止や酸化膜の除去作用を有
するフラックスを半田に塗布して、連続炉中で加熱処理
を行ったり、あるいは、フラックスを用いず、還元性の
水素ガス雰囲気中で加熱するなどの方法が採られていた
。

なお、半田バンプの形成技術について記載されている文
献としては、たとえば、アメリカン・バキュウム・ソサ
エティ発行、「ジャーナル・オブ・アメリカン・バキコ
ウム・ソサエティ・チクノロシイＡ４　（３）Ｍａｙ／
Ｊｕｎ１９８６ＪＰ８３８〜Ｐ８４０がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前者の従来技術のように、フラックスを用い
る場合には、加熱による球状化処理後、残存するフラッ
クスを除去することが腐食などを防止する観点から必須
であり、洗浄などの余分な工程が必要になるという問題
がある。また、フラックスの除去が不完全なままでは、
後の半田バンプを介したボンディング工程などにおいて
ボンディング不良を生じたり、腐食による製品不良発生
の一因となるなどの問題もある。

さらに、還元性の水素ガス雰囲気中で加熱による球状化
処理を遂行する場合では、水素ガスの還元力が半田表面
の酸化膜の除去には必ずしも充分ではないため、表面の
酸化膜の除去が不十分な状態で半田が加熱・球状化処理
に供されることが懸念される。この結果、加熱工程にお
いて、半田表層に強固な酸化膜が残った状態で内部の半
田が溶融した状態の「シ二ル橘造」が形成され、凝固収
縮時に表面の酸化膜が不定形につぶれて、半田バンプの
形状不良を招くという問題がある。

そこで、本発明の目的は、半田バンプの形状不良や汚染
の発生を防止することが可能な半田バンプ形成技術を提
供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述ふよび添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明になる半田バンプの形成方法は、対象
物の目的の領域に選択的に半田を被着させる第１の段階
と、半田にり１７　＋　ニング処理を施す第２の段階と
、クリーニング後の半田を加熱して球状化する第３の段
階とを経ることによって、半田バンプの形成を行うもの
である。

また、本発明になる半田バンプ形成装置は、目的の位置
に選択的に半田が被着された対象物に対してクリーニン
グ処理を施すクリーニング機構と、対象物に被着された
半田を加熱して球状化する加熱機構とからなるものであ
る。

〔作用〕

上記した本発明の半田バンプ形成方法によれば、対象物
の目的の部位に選択的に被着され、加熱による球状化処
理に供される半田に対して、たとえば、不活性ガスを用
いたスパッタ・エツチングなどによるクリーニング処理
を施すことにより、汚染の原因となるフラックスなどを
用いることなく、半田表面などにおける酸化膜や対象物
の表面に付着している異物などを確実に除去することが
できる。

これにより、半田表面に形成された酸化膜などに起因す
る半田バンプの形状不良の発生や、フラックスなどの使
用に起因する汚染などを確実に防止できる。

また、上記した本発明の半田バンプ形成装置によれば、
たとえば、不活性ガスを用いたスパッタ・エツチング機
構などからなるクリーニング機構を用いて、対象物の目
的の部位に選択的に被着され、加熱による球状化処理に
供される半田に対してクリーニングを施すことにより、
汚染の原因となるフラックスなどを用いることなく、半
田表面などにおける酸化膜や対象物の表面に付着してい
る異物などを確実に除去することができる。

これにより、加熱機構による球状化処理に際しての、半
田表面に形成された酸化膜などに起因する半田バンプの
形状不良の発生や、フラックスの使用などに起因する汚
染などを確実に防止できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例である半田バンプ形成方法およ
びそれが実施される半田バンプ形成装置の一例について
、図面を参照しながら詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例である半田バンプ形成装置
の構成の一例を示す模式図である。

本実施例の半田バンプ形成装置は、クリーニング・チャ
ンバｌＯと、加熱チャンバ２０と、両者を接続する搬送
チャンバ３０とを備えており、各々は、ゲートバルブ３
２．ゲートバルブ３３によって仕切られている。クリー
ニング・チャンバ１０および加熱チャンバ２０と、搬送
チャンバ３０の各々には、真空排気ポンプ１１．真空排
気ポンプ２１．真空排気ポンプ３１が接続されており、
互いに独立に所望の真空度に排気可能にされている。

りＩＪ−ニング・チャンバ１０の近傍には、ローダエレ
ベータ４０および搬送アーム５０が設けられており、外
部から到来する、たとえば半導体基板などからなる複数
の対象物６０の受は入れ作業を行うとともに、クリーニ
ング・チャンバ１０の側面に設けられたゲートバルブ１
２を通じて、対象物６０を個別に当該クリーニング・チ
ャンバ１０に供給する動作を行うようになっている。

加熱チャンバ２０の側には、当該加熱チャンバ２０に設
けられたゲートバルブ２２を通じて処理済みの対象物６
０ａを取り出す動作を行う搬送アーム８０と、取り出さ
れた複数の対象物６０ａをまとめて外部に払い出すアン
ローダエレベータ７０が設けられている。

また、搬送チャンバ３０の内部には、ケートバルブ３２
を通じてのクリーニング・チャンバ１０からの対象物６
０の取り出し動作、およびゲートバルブ３３を通じての
加熱チャンバ２０への対ｉ物６０の搬入動作を行う搬送
アーム３４が備えられている。

この場合、クリーニング・チャンバ１０の内部には、対
象物６０の載置台を兼ねる電極１３および電極１４が所
定の間開で上下方向に対向するように配置されており、
両者の間には、外部に設けられた高周波電＋１１１５か
ら所望の周波数および強さの高周波電力が印加される構
造となっている。

また、クリーニング・チャンバ１０の壁面には、当該ク
リーニング・チャンバ１０の内部に対して、たとえばア
ルゴンなどの不活性ガス１７を供給するガス管１６が接
続されている。

一方、加熱チャンバ２０の内部には、対象物６０が載置
される載置台２３と、この載置台２３の直上部に対向し
て配置された加熱ランプ２４とが設けられてふり、加熱
ランプ２４からの輻射熱によって、対象物６０が所望の
温度に加熱される構造となっている。

なお、特に図示しないが、載置台２３の近傍などには、
たとえば放射温度計などからなる温度センサが設けられ
てふり、この温度センサによって測定される対象物６０
の実際の温度などの情報に基づいて、外部から加熱ラン
プ２４に印加される電力を適宜制御することで、加熱時
の温度プロファイルなどが精密に調整可能となっている
。

一方、外部から、ローダエレベータ４０に到来する半導
体基板などからなる対象物６０は、たとえば、第２図に
示されるように、内部に所定の機能の図示しない半導体
集積回路が形成された基板６１と、この基板６１の表面
を覆う保護絶縁膜６２と、この保護絶縁膜６２の一部を
除去することによって露出されたアルミニウムなどから
なる外部接続電極６３と、この外部接続電極６３の上に
被着され、クロム、銅、金などからなる金属薄膜６４と
よりなる構造を有している。

そして、外部接続電極６３（金属薄膜６４）以外の領域
を図示しないホトレジストなどによって隠蔽した状態で
、真空蒸着などによって鉛や錫などを全面に被着させた
後にホトレジストを取り除く、いわゆるリフト・オフ法
などによって、外部接続電極６３（金属薄膜６４）の上
に選択的に半田６５が被着された状態となっている（第
１の段階）。

以下、本実施例の半田バンプ形成方法および装置の作用
について説明する。

まず、前述のリフト・オフ工程などから到来する対象物
６０は、ローダエレベータ４０に収容される。

その後、ローダエレベータ４０の対象物６０を、搬送ア
ーム５０によりゲートバルブ１２を通じてクリーニング
・チャンバｌＯの内部に搬入し、半田６５が被着された
面を上にして電極１３に載置する。

そして、真空排気ポンプ１１により、クリーニング・チ
ャンバ１０の内部を排気しつつ、ガス管１６を通じてア
ルゴンなどの不活性ガス１７を導入することで、たとえ
ば、５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ程度の真空度にするとと
もに、電極１３と１４との間に高周波電源１５から、た
とえば１３．５６ＭＨｚ。

６００ｖ程度の高周波電力を印加する。

これにより、電極１３と１４との間には不活性ガス１７
のプラズマが形成され、プラズマ中の不活性ガスのイオ
ンなどの衝突によって対象物６０の表面がスパッタ・エ
ツチングされ、たとえば、前述のリフト・オフ工程から
搬送される間などに、半ＦＢ６５の表面に形成された酸
化膜６６や保護絶縁膜６２の表面に付着した異物などが
除去され、除去された異物などは排気流とともに外部に
排除されて、対象物６０の表面が清浄化される（第２の
段階）。

その後、搬送アーム３４により、ゲートノイル１３２通
じて、真空排気ポンプ３１によって所望の真空度に排気
されている搬送チャンバ３０に対象物６０を取り出し、
取り出された対象物６０を、ゲートバルブ３３を通じて
、真空排気ポンプ２１によって所望の真空度に排気され
ている加熱チャンバ２０に搬入し、半田６５が被着され
た面を上向きして載置台２３に置く。

そして、加熱ランプ２４を点灯させ、所望の真空度の下
で、輻射熱によって、対象物６０を半田６５の融点程度
に加熱する。

この時、図示しない放射温度計などの温度センサにより
、対象物６０の実体温度を観察し、その情報を加熱ラン
プ２４に印加される電力の制御に帰還することにより、
加熱速度、最高加熱温度などの温度プロファイルが精密
に管理される。

このような加熱処理により、対象物６０の外部接続電極
６３（金属薄膜６４）の上に選択的に被着されている半
田６５が溶融し、第３図に示されるように、表面張力な
どの作用によって球状化し、半田バンプ６５ａが形成さ
れる（第３の段階）。

こうして、半田バンプ６５ａが形成された対象物６０ａ
は、搬送アーム８０によって、ゲートバルブ２２を通じ
て取り出され、アンローダエレベータ７０に収納され、
所定の数がまとまった後、以降の所定の工程に払い出さ
れる。

なお、上記の説明では、クリーニング・チャンバ１０．
１送チャンバ３０．加熱チャンバ２０における一連の動
作を個別に説明したが、実際には、各チャンバにおける
それぞれの処理が互いに干渉しないように並行して連続
的に遂行される。

また、搬送チャンバ３０および加熱チャンバ２０の内部
を所望の真空に排気することに限らず、窒素ガスなどに
よる非酸化性の雰囲気にするようにしてもよい。

このように、本実施例の場合には、加熱チャンバ２０に
おける半田バンプ６５ａの形成に先立って、り１７−ニ
ング・チャンバ１０において対象物６０の半田６５０表
面に形成された酸化膜の除去や、対象物６０の表面に付
着した異物に除去が行われ、しかも、クリーニング・チ
ャンバ１０から加熱チャンバ２０への搬送過程では、ク
リーニングされた対象物６０が外気に曝されることがな
く、したがってせっかく清浄化された対象物６０の半田
６５の表面が再び酸化されることもない。

このため、加熱チャンバ２０に右ける半田６５の加熱・
溶融による球状化による半田バンプ６５ａの形成におい
て、半田６５０表面に酸化膜が存在することなどに起因
する半田バンプ６５ａの形状不良の発生が確実に防止さ
れる。

また、半田６５の酸化防止や酸化膜の除去などの目的で
７ラフクスなどを使用しないので、半田６５の溶融時に
おけるフラックスの巻き込みや、半田バンプ６５ａの形
成後における汚染の懸念もなく、さらに、フラックス除
去のための洗浄などの余分な処理も不要となる。

この結果、半田バンプ６５ａが形成された対象物６０Ｈ
の表面に残留するスラックスなどによって、後のボンデ
ィング工程などにおける半田バンプ６５ａを介した接合
部の接合不良の発生や、腐食などによる製品不良の発生
が未然に防止されるとともに、半田バンプ６５ａによる
実装技術を用いる半導体集積回路装置の製造工程におけ
る製品歩留りおよび生産性の向上が実現する。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、クリーニング機構としては、プラズマ・エツ
チングなどに限らず、他の方法であってもよい。

また、対象物のクリーニングと加熱処理とを一つのチャ
ンバ内で行うようにしてもよい。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体集積回路装置
の製造における半田バンプの形成技術に適用した場合に
ついて説明したが、これに限定されるものではなく、一
般の半田バンプ形成技術に広く適用できる。

〔発明の効果〕

本願に右いて開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりで
ある。

すなわち、本発明になる半田バンプ形成方法によれば、
対象物の目的の領域に選択的に半田を被着させる第１の
段階と、前記半田にクリーニング処理を施す第２の段階
と、クリーニング後の前記半田を加熱して球状化する第
３の段階とからなるので、対象物の目的の部位に選択的
に被着され、加熱による球状化処理に供される半田に対
して、たとえば、不活性ガスを用いたスパッタ・エツチ
ングなどによるクリーニング処理を施すことにより、汚
染の原因となるスラックスなどを用いることなく、半田
表面などにおける酸化膜や対象物の表面に付着している
異物などを確実に除去することができる。

これにより、半田表面に形成された酸化膜などに起因す
る半田バンプの形状不良の発生や、フラックスなどの使
用に起因する汚染などを確実に防止できる。

また、本発明になる半田バンプ形成装置によれば、目的
の位置に選択的に半田が被着された対象物に対してクリ
ーニング処理を施すクリーニング機構と、前記対象物に
被着された前転半田を加熱して球状化する加熱機構とか
らなるので、たとえば、不活性ガスを用いたスパッタ・
エツチング機構などからなるクリーニング機構を用いて
、対象物の目的の部位に選択的に被着され、加熱による
球状化処理に供される半田に対してクリーニングを施す
ことにより、汚染の原因となるスラックスなどを用いる
ことなく、半田表面などにおける酸化膜や対象物の表面
に付着している異物などを確実に除去することができる
。

これにより、加熱機構による球状化処理に際しての、半
田表面に形成された酸化膜などに起因する半田バンプの
形状不良の発生や、フラックスの使用などに起因する汚
染などを確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である半田バンプ形成装置
の構成の一例を示す模式図、 第２図は、半田バンプが形成される対象物の状態の一例
を示す断面図、 第３図は、同じく、半田バンプが形成される対象物の状
態の一例を示す断面図である。 １０・・・クリーニング・チャンバ、１１・・・真空排
気ポンプ、１２・・・ゲートバルブ、１３．１４・・・
電極、１５・・・高周波電源、１６・・・ガス管、１７
・・・不活性ガス、２０・・・加熱チャンバ、２１・・
・真空排気ポンプ、２２・・・ゲートバルブ、２３・・
・載置台、２４・・・加熱ランプ、３０・・・搬送チャ
ンバ、３１・・・真空排気ポンプ、３２．３３・・・ゲ
ートバルブ、３４・・・搬送アーム、４０・・・ローダ
エレベータ、５０・・・ｌ１ｉ１７−ム、６０゜６０ａ
・・・対象物、６１・・・基板、６２・・・保護絶縁膜
、６３・・・外部接続電極、６４・・・金属薄膜、６５
・・・半田、６５ａ・・・半田バンプ、６６・・・酸化
膜、７０・・・アンローダエレベータ、８０・・・搬送
アーム。 ６５ａ＝半田パンフ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対象物の目的の領域に選択的に半田を被着させる第
   １の段階と、前記半田にクリーニング処理を施す第２の
   段階と、クリーニング後の前記半田を加熱して球状化す
   る第３の段階とからなることを特徴とする半田バンプ形
   成方法。 ２、前記クリーニング処理が、不活性ガスによるスパッ
   タエッチングによって行われることを特徴とする請求項
   １記載の半田バンプ形成方法。 ３、前記第２の段階から前記第３の段階に至る前記対象
   物が置かれる環境を、非酸化性雰囲気または真空にする
   ようにした請求項１または２記載の半田バンプ形成方法
   。 ４、目的の位置に選択的に半田が被着された対象物に対
   してクリーニング処理を施すクリーニング機構と、前記
   対象物に被着された前記半田を加熱して球状化する加熱
   機構とからなることを特徴とする半田バンプ形成装置。 ５、前記クリーニング機構が、スパッタエッチング機構
   からなることを特徴とする請求項４記載の半田バンプ形
   成装置。 ６、前記加熱機構が、前記対象物に対して熱線を放射す
   る加熱ランプからなることを特徴とする請求項４または
   ５記載の半田バンプ形成装置。 ７、前記対象物が半導体集積回路装置の製造プロセスに
   おける半導体基板である請求項４、５または６記載の半
   田バンプ形成装置。