JPH1074767A - 微細ボールバンプ形成方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細ボールバンプを素早くかつ確実に形成で
きるようにする。 【解決手段】 微細ボール５が収容されている容器６に
微振動を与えて前記微細ボール５を跳躍させるととも
に、前記跳躍している微細ボール５の１つを、ボール吸
着孔３が１つ形成されているボール配列基板１に真空吸
着して保持し、次に、前記ボール配列基板１のボール吸
着孔３に吸着している微細ボール５以外の余分な微細ボ
ール５ａを振幅の小さい振動によって除去した後、前記
ボール配列基板１をボールバンプ形成対象物１０の上に
移動させて位置合わせを行い、次に、前記ボール配列基
板１のボール吸着孔３に吸着している微細ボール５をボ
ールバンプ形成位置に転写してボールバンプを形成する
ようにすることにより、高い接合信頼性が有する微細な
ボールバンプを簡単な装置で容易に形成できるようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は微細ボールバンプ形
成方法及び装置に係わり、特に、基板や半導体チップの
電極等に微細ボールバンプを形成する方法及び装置に用
いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体チップ等の電極に形成
するバンプとして、ウエハバンプやスタッドバンプが知
られている。前記ウエハバンプは、ウエハ段階の半導体
素子上にバンプを形成するものであり、ウエハプロセス
として複雑な工程を何回も繰り返し行う必要があるた
め、歩留りが悪い欠点がある。また、コスト高になるの
で、少量多品種製品には適用できない欠点がある。

【０００３】それに対して、スタッドバンプは半導体チ
ップの電極パッド等に１つずつワイヤボンディングの一
次接合時のボールボンディングを行い、接合後に前記ワ
イヤのネック部を切断して形成するものである。

【０００４】したがって、前記スタッドバンプの場合に
は、切断部において前記ワイヤの残りが凸形状となる上
に、前記ワイヤの高さが不均一に残ってしまう。また、
ワイヤのボールボンディングを用いるために、ボール径
はワイヤ径の２〜３倍となり、微小なバンプを形成する
のは困難であった。

【０００５】基板にメッキ成長させたバンプをバンプ形
成位置に転写して接合する方法がある。しかし、前記メ
ッキ成長によるバンプは半球状のバンプなので、接合に
必要なバンプ高さに形成するとバンプ幅がかなり大きく
なってしまう。このため、例えば１００μｍ以下の狭ピ
ッチ接合を行う場合には適用できない問題があった。

【０００６】そこで、均一でかつ微細なバンプを形成す
ることができる技術として、微小金属ボールを用いたバ
ンプ形成技術が、例えば、特開平７−１５３７６５号公
報にて提案されている。

【０００７】前記公報にて提案されているバンプ形成方
法は、少なくとも半導体チップの１つ分の金属ボール群
を吸着保持するようにしている。そして、複数の金属ボ
ール群を吸着保持するために、バンプ形成位置に対応し
た全ての位置に吸着孔が形成されている配列基板を用
い、前記配列基板に微小金属ボールを吸着保持した後、
前記配列基板を接合用ステージまで搬送して被接合部に
接合するようにしている。

【０００８】したがって、この場合は均一に形成された
微小金属ボールをバンプ形成位置に一括接合することが
できるので、高い信頼性が得られるボールバンプを容易
に、かつ効率的に形成することができる。

【０００９】しかし、前記配列基板に形成される吸着孔
は、ボールバンプを形成する半導体のバンプ形成位置に
対応して一義的に決まってしまうので、半導体装置の種
類毎にそれに対応した配列基板を作成して用意しなけれ
ばならない問題があった。

【００１０】したがって、前記のように複数の吸着孔が
形成されている配列基板を用いて複数のボールバンプを
一括して形成する方法は、多ピンの半導体製品を大量生
産する場合には好適であるが、少ピンの半導体装置を少
量生産する場合には不向きであった。

【００１１】少ピンの半導体装置を少量生産するのに適
したボールバンプ形成方法として、例えば、特開昭６２
−１６６５４８号公報にて提案されている「半田ボール
形成方法」を考慮することができる。

【００１２】前記「半田ボール形成方法」は、ツール端
の発熱部の先端から吸引手段との接続部にわたって貫通
する吸引用孔が設けられている半田バンプ用ツールと、
吸引手段とを用いて、半田ボールを形成するようにし
て、厚くてばらつきの少ない良好な半田バンプを形成で
きるようにしている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】最近は、半導体装置の
微細化が益々進み、電極の配線ピッチは非常に小さくな
ってきている。そのため、前記電極上にボールバンプを
形成する場合に用いられる金属ボールは、電極の配線ピ
ッチの微細化に応じて非常に微細になっている。

【００１４】このような微細な金属ボールは、その取り
扱いが大変難しいが、前記「半田ボール形成方法」にお
いては、微細な金属ボールを取り扱う際の格別な工夫が
成されていなかった。このため、前記「半田ボール形成
方法」を用いて微細ボールバンプを形成しようとした場
合には、微細な金属ボールをツール端に１つ吸着する際
に複数個の金属ボールを吸着してしまう可能性があっ
た。

【００１５】余分な金属ボールを吸着してしまうと、金
属ボールが無駄になるばかりでなく、前記余分な金属ボ
ールが半導体チップ上に落ちて不良品が発生してしまう
恐れがあるので好ましくない。

【００１６】また、前記「半田ボール形成方法」の場合
は、バンプ形成位置に半田ボールを溶着接合するように
している。したがって、半田用ツールの先端部を半田ボ
ールの融点に応じた高い温度にしなければならない。

【００１７】したがって、ＡｕやＰｔのような高融点の
貴金属ボールの場合は融点が高いので、チップ等に熱ダ
メージを与えないために、できるだけ低温で熱圧着接合
することが望ましい。

【００１８】本発明は前述の問題点にかんがみ、微細ボ
ールを吸着してバンプ形成位置に転写する際に、１つの
微細ボールだけを確実に吸着保持できるようにすること
を第１の目的とする。また、微細ボールバンプを低温
で、かつ確実に形成できるようにすることを第２の目的
とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の微細ボールバン
プ形成方法は、微細ボールが収容されている容器に微振
動を与えて前記微細ボールを跳躍させる微細ボール跳躍
工程と、前記微細ボール跳躍工程の処理によって跳躍し
ている微細ボールの１つを、吸着孔が１つ形成されてい
る配列基板の先端部に真空吸着して保持する微細ボール
吸着工程と、前記配列基板の先端部に吸着している１つ
の微細ボール以外の余分な微細ボールを微小振幅による
振動によって除去する不要ボール除去工程と、前記不要
ボール除去工程で余分な微細ボールが除去された配列基
板を、基板または半導体チップの電極を含むボールバン
プ形成対象物の上に移動させ、前記ボールバンプ形成対
象物と前記配列基板に吸着している微細ボールとの位置
合わせを行う配列基板移動工程と、前記配列基板の先端
部に吸着している微細ボールを前記ボールバンプ形成対
象物の所定位置に転写してボールバンプを形成するバン
プ形成工程とを行うことを特徴としている。

【００２０】また、本発明の他の特徴とするところは、
前記不要ボール除去工程における微小振幅による振動
は、超音波振動子によって発生される超音波振動である
ことを特徴としている。

【００２１】また、本発明のその他の特徴とするところ
は、請求項１または２のいずれか１項に記載のバンプ形
成工程において、超音波エネルギーを加えながら前記微
細ボールと前記ボールバンプ形成対象物とを接合するよ
うにしたことを特徴としている。

【００２２】また、本発明の微細ボールバンプ形成装置
は、跳躍している微細ボールの１つを吸着するための吸
着孔の一端がその先端部に開口している配列基板と、前
記配列基板に形成されている吸着孔の内部を負圧にし
て、前記配列基板の先端に前記跳躍している微細ボール
の１つを真空吸着させるようにするための真空吸着装置
と、前記配列基板の先端に真空吸着している微細ボール
以外の余分な微細ボールを除去するために前記ボール配
列基板を微小振幅で振動させる振動手段とを具備するこ
とを特徴としている。

【００２３】また、本発明の他の特徴とするところは、
前記余分な微細ボールを除去するための振動手段が超音
波振動子であることを特徴としている。

【００２４】また、本発明のその他の特徴とするところ
は、前記ボール配列基板の先端部は、使用する微細ボー
ルの大きさに対応して細径に形成されることにより、前
記ボールバンプを形成するピッチよりも小さく形成され
ていることを特徴としている。

【００２５】また、本発明のその他の特徴とするところ
は、前記配列基板の先端部に吸着している微細ボールを
前記ボールバンプ形成対象物の所定位置に転写してボー
ルバンプを形成する際に、前記微細ボールに超音波エネ
ルギーを加えるための超音波振動子を更に具備すること
を特徴としている。また、この超音波振動子は余分ボー
ルを除去する機能を兼ねていてもよい。

【００２６】

【作用】本発明は前記技術手段を有するので、微細ボー
ルを１つ１つ保持してボールバンプを形成していくの
で、ボールバンプを形成する製品の種類毎にボール配列
基板を作製する必要がなく、大きな汎用性が得られる。

【００２７】また、予め所望の大きさに形成した微細ボ
ールを使用してバンプを形成することができるので、バ
ンプの高さ及び径を一様にすることができ、高い接合信
頼性が得られるバンプを形成することが可能となる。

【００２８】さらに、振動体として超音波振動子を用い
ることにより、微細ボールを使用する際に出現すること
が多い余分なボールを良好に除去することができるの
で、余分なボールにより生じる不都合を確実に防止する
ことができる。

【００２９】また、本発明の他の特徴によれば、バンプ
形成時に、微細ボールに超音波エネルギーを加えなが
ら、前記微細ボールとボールバンプ形成対象物とを接合
するので、接合温度を低下させて接合時間の短縮を図る
ことができるとともに、接合強度を向上させることがで
きる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の微細ボールバンプ
形成方法及び装置の実施形態を図面を参照して説明す
る。図１及び図２に示すように、本実施形態の微細ボー
ルバンプ形成装置は、主要構成としてボール配列基板１
と、超音波振動子２とを備えている。

【００３１】ボール配列基板１は、先端に行くに従って
細径に形成されていて、先端部の直径Ｌはバンプを形成
するピッチよりも小さく形成されている。また、その中
心部にはボール吸着孔３が形成されている。そして、前
記ボール配列基板１にはホース２１を介して真空ポンプ
等の真空吸引装置２０（図２参照）が接続されていて、
前記ボール吸着孔３の内部には矢印４で示したように、
真空吸引力が作用するように成されている。

【００３２】前述のように構成されたボール配列基板１
を用いてボールバンプを形成する場合には、まず、微細
金属ボール５が収容されている容器６上にボール配列基
板１が移動される。図３に示すように、容器６はパーツ
フィーダー等の振動発生機７上に固定されており、前記
振動発生機７が振動することにより微細金属ボール５は
跳躍する。

【００３３】前記振動発生機７により行われる振動の周
波数は微細金属ボール５の大きさ等に応じて、例えば０
〜１ｋＨｚまで可変に成されており、また、容器６は振
動発生機７からの脱着が可能と成されている。

【００３４】次に、ボール配列基板１に微細金属ボール
５を吸着させるために、ボール配列基板１を容器６の近
傍まで下降させて振幅させ、跳躍している微細金属ボー
ル５をボール配列基板１のボール吸着孔３に真空吸着さ
せる。ここで、ボール配列基板１の下降距離及び振幅距
離は、例えば０．１ｍｍ単位で制御可能とし、振幅回数
の制御も可能としている。

【００３５】前述のようにして、ボール配列基板１のボ
ール吸着孔３に微細金属ボール５を真空吸着させたとき
に、図１（ａ）に示すように、余分な微細金属ボール５
ａが付着してくることがある。

【００３６】本実施形態においては、前記余分な微細金
属ボール５ａを除去するために、超音波振動子２を動作
させ、図１（ｂ）中において符号８で示したように、ボ
ール配列基板１を超音波振動させる。これにより、矢印
９で示すように、微細金属ボール５に付着していた余分
な微細金属ボール５ａを下方に落下させることができ、
１つの微細金属ボール５のみをボール配列基板１の先端
部に確実に真空吸着することができる。

【００３７】前述のようにして、１つの微細金属ボール
５をボール配列基板１の先端部に真空吸着したら、次
に、図１（ｃ）に示すように、ボール配列基板１を半導
体チップ１０上の所定位置に移動させる。

【００３８】前記半導体チップ１０上には、複数の電極
１１が所定のピッチで形成されており、バンプを形成す
る予定の電極１１上にボール配列基板１を移動させた
ら、図１（ｄ）に示すようにボール配列基板１を下降さ
せる。

【００３９】そして、微細金属ボール５を加熱したステ
ージ１２上の半導体チップ１０の電極１１上の所定位置
に位置決めした後、微細金属ボール５を電極１１上に熱
圧着接合する。この際、本実施形態においては超音波振
動子２を動作させて超音波エネルギーを加えるようにし
ている。例えば２０〜１５０ＫＨｚ（好ましくは３０〜
１２０ＫＨｚ）の周波数の超音波振動を加えるようにし
ており、これにより、微細金属ボール５を非常に小さい
力で変形できる状態にする。

【００４０】そして、変形によって接合部に新生面が露
出するので、比較的低温で固相接合、すなわち、金属の
相互拡散による合金の形成を行うことができる。したが
って、本実施形態においては、低温で接合することが可
能なので、接着時間を短縮できるとともに、接合強度を
向上させることができる。

【００４１】なお、微細金属ボール５を電極１１上に熱
圧着接合する際に、ステージ１２側で加熱してもよく、
ボール配列基板１側で加熱してもよい。またはステージ
１２側及びボール配列基板１側の両方から加熱するよう
にしてもよい。

【００４２】前述のようにして、微細金属ボール５を電
極１１の所定位置に接合したら、次に、真空吸着を解除
するとともに、ボール配列基板１を上昇させて１回の接
合を終了する。このような処理を繰り返し行うことによ
り、半導体チップ１０の所定位置に微細金属ボール５を
接合してボールバンプを次々に形成するようにしてい
る。

【００４３】超音波振動子２を動作させる際に、その作
動させるタイミングは、微細金属ボール５の吸着と同期
して、すなわち、ボール配列基板１へ微細金属ボール５
を吸着する際に作動させるようにしてよい。このように
した場合には、微細金属ボール５がボール吸着孔３に吸
着されるのと同時に、余分な微細金属ボール５ａが付着
されないようにすることができる。

【００４４】なお、前述の説明では、超音波振動子２を
ボール配列基板１上に固着した例を示したが、このよう
に固着する場合にはビス等を用いてボール配列基板１上
の適所に固定すればよい。また、適宜の接着剤やゴムま
たは高粘性のグリース等をボール配列基板１間に介在さ
せて固定するようにしてもよい。さらに、ボール配列基
板１上に固着する代わりに、埋設する形態で前記ボール
配列基板１に内蔵するようにしてもよい。

【００４５】さらに、前記実施形態においては超音波振
動子２を１個設け、余分な微細ボールを除去したり、微
細金属ボール５を接合したりするようにしていた。しか
し、余分な微細ボールを除去するための超音波振動子
と、半導体チップ１０の所定位置に微細金属ボール５を
接合するための超音波振動子とを別個に設けるようにし
てもよい。

【００４６】いずれにしても、微細金属ボール５の大き
さや種類等の条件に応じた超音波振動を発生するよう
に、制御装置（図示せず）によって制御されるように構
成されている。なお、余分な微細ボールを除去するため
の手段としては、超音波振動子の他に、例えば、バイブ
レータ等のような他の振動手段を用いるようにすること
もできる。

【００４７】本発明は前述のようにして、ボールバンプ
形成対象物の所定位置に微細金属ボール５を１つ１つ転
写して接合するので、既に複数のボールバンプが形成さ
れている半導体チップの所定位置にも良好にボールバン
プを形成することができる。したがって、本発明の微細
ボールバンプ形成装置は、バンピング漏れをリカバーす
るために良好に用いることができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
振動により跳躍させた微細ボールを１つ１つ保持してボ
ールバンプを形成していくので、ボールバンプを形成す
る製品の種類毎にボール配列基板を作成する必要がなく
なり、大きな汎用性が得られる。したがって、例えば少
ピンの半導体装置を少量生産する場合に用いて特に有効
である。

【００４９】また、予め所望の大きさに形成した微細ボ
ールを使用してバンプを形成することができるので、バ
ンプの高さ及び径を一様にすることができ、高い接合信
頼性が得られるバンプを、簡単な装置で容易に形成する
ことが可能となる。

【００５０】さらに、超音波振動子により超音波振動を
印加することにより、微細ボールを使用する際に出現す
ることが多い余分なボールを良好に除去することができ
るので、前記余分なボールにより生じる不都合を確実に
防止することができる。

【００５１】また、微細ボールを接合するときに超音波
エネルギーを加えことで、前記微細ボールとボールバン
プ形成対象物との接合温度を低下させて接合時間の短縮
を図ることができるとともに、接合強度を向上させるこ
とができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態における接合手順を示す図で
ある。

【図２】本発明の実施形態におけるボール配列基板の寸
法及び概略構成を説明するための図である。

【図３】微細金属ボールを浮遊させる装置を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ ボール配列基板 ２ 超音波振動子 ３ ボール吸着孔 ４ 矢印 ５ 微細金属ボール ６ 容器 ７ 振動発生機 １０ 半導体チップ １１ 電極

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微細ボールが収容されている容器に微振
   動を与えて前記微細ボールを跳躍させる微細ボール跳躍
   工程と、 前記微細ボール跳躍工程の処理によって跳躍している微
   細ボールの１つを、吸着孔が１つ形成されている配列基
   板の先端部に真空吸着して保持する微細ボール吸着工程
   と、 前記配列基板の先端部に吸着している１つの微細ボール
   以外の余分な微細ボールを微小振幅による振動によって
   除去する不要ボール除去工程と、 前記不要ボール除去工程で余分な微細ボールが除去され
   た配列基板を、基板または半導体チップの電極を含むボ
   ールバンプ形成対象物の上に移動させ、前記ボールバン
   プ形成対象物と前記配列基板に吸着している微細ボール
   との位置合わせを行う配列基板移動工程と、 前記配列基板の先端部に吸着している微細ボールを前記
   ボールバンプ形成対象物の所定位置に転写してボールバ
   ンプを形成するバンプ形成工程とを行うことを特徴とす
   る微細ボールバンプ形成方法。
2. 【請求項２】 前記不要ボール除去工程における微小振
   幅による振動は、超音波振動子によって発生される超音
   波振動であることを特徴とする請求項１に記載の微細ボ
   ールバンプ形成方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２のいずれか１項に記載
   のバンプ形成工程において、超音波エネルギーを加えな
   がら前記微細ボールと前記ボールバンプ形成対象物とを
   接合するようにしたことを特徴とする微細ボールバンプ
   形成方法。
4. 【請求項４】 跳躍している微細ボールの１つを吸着す
   るための吸着孔の一端がその先端部に開口している配列
   基板と、 前記配列基板に形成されている吸着孔の内部を負圧にし
   て、前記配列基板の先端に前記跳躍している微細ボール
   の１つを真空吸着させるようにするための真空吸着装置
   と、 前記配列基板の先端に真空吸着している微細ボール以外
   の余分な微細ボールを除去するために前記ボール配列基
   板を微小振幅で振動させる振動手段とを具備することを
   特徴とする微細ボールバンプ形成装置。
5. 【請求項５】 前記余分な微細ボールを除去するための
   振動手段が超音波振動子であることを特徴とする請求項
   ４に記載の微細ボールバンプ形成装置。
6. 【請求項６】 前記ボール配列基板の先端部は、使用す
   る微細ボールの大きさに対応して細径に形成されること
   により、前記ボールバンプを形成するピッチよりも小さ
   く形成されていることを特徴とする請求項４または５の
   いずれか１項に記載の微細ボールバンプ形成装置。
7. 【請求項７】 前記配列基板の先端部に吸着している微
   細ボールを前記ボールバンプ形成対象物の所定位置に転
   写してボールバンプを形成する際に、前記微細ボールに
   超音波エネルギーを加えるための超音波振動子を更に具
   備することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に
   記載の微細ボールバンプ形成装置。