JP2007186752A - 粒子堆積方法及びそれに用いる基板洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気泳動を利用した粒子の堆積方法において、レジストの開口部に均一に粒子を堆積させる技術を提案する
【解決手段】 本発明は、粒子を堆積させるための開口部を有するレジストが被覆された基材を、粒子を分散させた懸濁液に浸漬し、電圧を印加することで電気泳動により粒子を開口部に堆積させる粒子堆積方法において、開口部に粒子を堆積させた基板を、前記懸濁液と同じ組成で粒子を含まない洗浄液中に、開口部を上方に向けた状態で浸漬し、当該基板を、振り子運動などの揺動させることによりレジストに残留する粒子を除去するものとした。
【選択図】 なし

Description

本発明は電気泳動を利用した粒子の堆積技術に関する。

半導体ウェハーやプリント配線板、ＢＧＡ、ＬＧＡなどの半導体パッケージなどの電子部品では、銅、金、半田などの様々な金属材料を用いて、電気的接合のためのバンプや配線回路などの導電部が形成される。このような導電部を形成するためには、所定形状の開口部を有するレジストを使用して、その開口部に金属材料を充填して導電部を形成することが行われるが、この金属材料を充填させる方法としては、めっき法やスクリーン印刷法が一般的に用いられる。

レジストの開口部に金属材料を充填する際に、めっき法を採用する場合、その開口部の大きさによっては、そのめっき処理時間が長時間必要となり、効率的な製造を行えない場合がある。また、スクリーン印刷法によりレジストの開口部に導電ペーストなどを充填する場合には、厚いレジストを使用した開口部のような深穴に対しては導電ペーストが不十分な状態で充填されてしまうことがある。

このようなめっき法やスクリーン印刷法の問題を解消すべく、電気泳動を利用した粒子の堆積方法が提案されている（特許文献１参照）。この粒子堆積法は、導電部を形成する金属材料からなる粒子を用い、この粒子を堆積させるための開口部を有するレジストが被覆された基材と当該基材に対向する電極との間に、粒子を分散させた懸濁液を流通し、基材に電圧を印加して電気泳動により粒子を開口部に堆積させるものである。
米国特許出願公開第２００５／１０６３２９号明細書

この粒子堆積法をより具体的に説明すると、所定形状の開口部を有するレジストを被覆した、半導体ウェハーのような基板を、半田などの金属材料からなる粒子を含有する溶液からなる懸濁液中に配置し、その基板に対向させて電極を配置した状態で、電圧を印加して、開口部内に粒子を堆積させる。そして、粒子を開口部に堆積した後は、懸濁液から基板を取り出して、乾燥後、加熱処理を行って、開口部内に堆積した粒子を溶融する。この粒子の溶融処理により開口部内には、半田などの金属材料からなる球状の導電部が形成されるのである。

このような粒子堆積法によれば、レジストの開口部に比較的短時間で粒子を堆積させることができ、堆積させる粒子の粒径を変更すれば、開口面積やレジスト厚みが異なっても、開口部内に粒子を満遍なく堆積させることができる。しかしながら、この粒子堆積法においては、電気泳動の作用にのみよって開口部に粒子を堆積させるだけでは、粒子の堆積量にバラツキが生じ、不均一な導電部を形成する場合がある。特に、開口部以外の場所に粒子が残留している場合、つまり、レジスト上に粒子が残留した状態であると、その後の溶融処理において、その残留した粒子が開口部内に形成される導電部の形状を不均一にさせてしまうことが生じる。

本発明は、上述のような事情を鑑みてなされたもので、電気泳動を利用した粒子の堆積方法において、レジストの開口部に均一な粒子の堆積量を実現できる技術を提案するものであり、そのような粒子堆積法に好適な基板洗浄装置を提供するものである。

かかる課題を解決するために、本発明は、粒子を堆積させるための開口部を有するレジストが被覆された基材を、粒子を分散させた懸濁液に浸漬し、電圧を印加することで電気泳動により粒子を開口部に堆積させる粒子堆積方法において、開口部に粒子を堆積させた基板を、前記懸濁液と同じ組成で粒子を含まない洗浄液中に、開口部を上方に向けた状態で浸漬し、当該基板を揺動させることによりレジストに残留する粒子を除去するものとした。

本発明の粒子体積方法では、洗浄液として、懸濁液と同じ組成であって、粒子を含有していない溶液を用いるようにしている。懸濁液と異なる組成の溶液を洗浄液として用いることも可能であるが、懸濁液と同じ組成で有れば、他の不純物の混入もなく、レジストに残留した粒子の除去が効率的に行えるからである。

そして、粒子堆積後の基板洗浄は、開口部を上方に向けた状態で基板を洗浄液中に浸漬して、基板を揺動させるものとしている。これは、開口部を下方向きまたは横向き（基板を垂直に立てた状態）にして基板洗浄を行うと、開口部内に堆積させた粒子が漏れ落ちて、開口部内の粒子の堆積量が不均一になるためである。なぜなら、開口部に堆積させる粒子は、半田、銅、金などの金属粒子であるため、沈降し易い性質があり、基材配置の仕方により、開口部内の堆積粒子が重力の影響により開口部から離脱しやすいためである。

また、基板の揺動は、開口部を上に向けた状態の基板を、上下左右に移動させたり、水平面内で基板を回転させたりすることが可能である。本発明のようにして、粒子堆積後、レジストに残留した粒子の除去を行っておけば、基板の乾燥後、溶融処理によって開口部内に形成される導電部の形状を極めて均一にできる。

本発明に係る粒子堆積方法においては、基板の揺動は振り子運動とすることが好ましい。本発明者の研究によると、粒子堆積後に行う基板洗浄時の揺動運動は、その運動状態の強弱によって、レジストに残留する粒子の除去効率や開口部内の堆積粒子の脱離量に影響することを確認している。その結果、洗浄時の基板の揺動運動として基板の振り子運動を採用すると、開口部内の堆積した粒子の漏れ落ちを極力抑制するとともに、レジストに残留する粒子を効率的に除去できることを見出したのである。この基板の振り子運動は、開口部を上に向けた状態の基板、即ち、水平状態に配置した基板を基準にして振り角度−１５°〜１５°の範囲内で、その振り子運動回数を制御して洗浄することが好ましい。この振り角度が、あまり小さいと洗浄効率が悪くなり、あまり大きすぎると開口部から堆積粒子の脱落を促すことになりやすい。また、振り子運動の回数についても、回数が少ないと洗浄効率が悪くなり、回数を多くしすぎても洗浄効率の向上はあまり期待できない。そして、振り子運動速度は、あまり小さいと洗浄効率が悪くなり、あまり大きすぎると開口部から堆積粒子の脱落を促すことになりやすい。

上述した本発明の粒子堆積方法は、洗浄液を貯留する洗浄容器と、開口部を有するレジストが被覆された基板表面を上方に向けた状態で基板を、保持するための基板保持手段と、備え、当該基板保持手段が、洗浄液中での基板の浸漬深さを調整可能であり、基板を振り子運動できるようにされた基板洗浄装置を用いることで実現可能である。

この基板洗浄装置で有れば、洗浄液中に、任意の深さで基板を浸漬して、その浸漬した基板を所定の振り角度で振り子運動させることができるからである。この浸漬深さを調整すると、様々な洗浄状態を実現できる。例えば、基板を完全に洗浄液中に浸漬した状態で基板を洗浄したり、基板を振り子運動させながら徐々に洗浄液に浸漬させて洗浄したり、逆に洗浄液から取り出しながら洗浄したりすることができ、最適な洗浄状態を行うことが可能となる。本発明の基板洗浄装置では、基板表面に流動する洗浄液量を浸漬深さで調整し、基板の振り角度や振り子運動回数などにより洗浄能力をコントロールすることができる。

上述した本発明における粒子堆積方法においては、基材として、半導体ウェハー、プリント配線板などに適用できる。また、懸濁液は、粒子として、銅、金、銀、錫、これらの合金、或いは半田、金属ろう材などの金属材料、或いはセラミックなどの金属材料以外のものにも適用でき、液成分としては炭化水素溶液、フッ素系不活性液体或いはエタノールや水などの種々のものを適用できる。また、レジストについては、公知のものを適用できる。

本発明によれば、電気泳動を利用した粒子の堆積方法において、レジストの開口部に、均一に粒子を堆積させることが可能となる。そのため、半導体ウェハーなどの基材に、バンプや半田ボールと呼ばれる導電部を均一な形状で形成することができ、高い生産効率を実現できる。

以下、本発明の一実施形態を説明する。図１には、本実施形態の粒子堆積装置及び基板洗浄装置の概略断面図を示している。

図１に示す粒子堆積装置１は、粒子を含有した懸濁液を貯留できる懸濁液容器１０と、その懸濁液を攪拌するための攪拌機１１とからなる。そして、この粒子堆積装置１では、開口部を有するレジストを被覆したウェハーＷを垂直状態にして配置可能であり、このウェハーＷに対向して電極Ａを配置できるようになっている。このウェハーＷと電極Ａとは、図示を省略した電源装置に接続されている。

また、図１に示す基板洗浄装置２は、洗浄液を貯留する洗浄液容器２０と、基板保持器２１とからなっている。この基板保持機２１は、ウェハーＷの縁端部分を保持して、ウェハーを洗浄液中に浸漬することができ、また、保持した基板を振り子運動させることが可能とされている。この基板洗浄装置２は、粒子堆積装置１において粒子堆積後の基板を、基板保持機２１に保持させて基板の洗浄処理を行う。

次に、図１で示した粒子堆積装置及び基板洗浄装置を用い、基板としてのウェハーＷの表面に、目標粒径６５μｍのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金ボールを形成する試験を行った結果について説明する。２００ｍｍ径のウェハー表面に厚み７５μｍのレジストを被覆し、そのレジストに直径１００μｍの開口を１５０μｍ間隔で合計約１０万個形成したものを準備した。尚、このレジストに形成した直径１００μｍの各開口には、その開口中心に直径７５μｍの濡れ性付与のための電極パッドを予め形成したものである。そして、このような開口を有するレジストを被覆した状態のウェハーを、粒子堆積装置に取り付け、ウェハーと同面積のステンレス製電極をウェハーと対向配置した。このとき、電極表面とウェハー表面との間隔を７ｍｍに設定した。

粒子堆積用の懸濁液は、界面活性剤を含有させて導電率５〜１５ＰＳ／ｃｍに調整したパラフィン系炭化水素溶液に、帯電コート処理を行ったＳｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕ合金粒子（粒径５μｍ〜２５μｍ）を１５０ｇ／Ｌ濃度となるように加えて作製した。この懸濁液を懸濁液容器中に投入し、攪拌器により攪拌した。この粒子堆積装置内の懸濁液は、容器内の上方にある懸濁液粒子濃度が５０ｇ／Ｌ以上になるよう攪拌した。この懸濁液の攪拌は、粒子堆積処理中も行うもので、懸濁液中の粒子が非常に沈降しやすい傾向があるため、開口部への粒子の堆積量を均一にし、その堆積効率を向上させるための操作である。

上記のように懸濁液を攪拌した状態で、ＡＣ１２０Ｈｚ４００Ｖの電圧を２０秒間印加した後、電圧印加を停止して約５秒間保持した後にウェハーを取り出した。

そして、この粒子堆積処理を行ったウェハーを、基板洗浄装置の基板保持器に取り付け、洗浄液中に浸漬して洗浄処理を行った。洗浄液としては、Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕ合金粒子を含有していない、パラフィン系炭化水素溶液を用いた。

洗浄処理は、洗浄液中、深さ１００ｍｍまで浸漬した水平状態のウェハーを、振り角度−１５°〜１５°で、振り子運動速度２００回転／秒にして、振り子運動を３回行った。

この洗浄処理を行ったウェハーを取り出し、大気中６０℃で乾燥処理をした。そして、ウェハー表面に塩素系フラックスをスプレー噴霧した後、窒素ガス雰囲気中、２６０℃に加熱して、粒子の溶融処理を行った。その後、水洗し、アミン系溶剤によりレジストを溶解除去した。

このようにしてウェハー表面に形成されたボール状導電部（１０個）の寸法測定を行ったところ、ボール状導電部の高さが平均６５μｍ、標準偏差２μｍという結果が得られた。また、各導電部の形状を確認したところ、形状不良と思われる導電部は見あたらなかった。

比較として、上記した洗浄処理を行わず、粒子堆積処理のみを行ったウェハーについて、そのボール状導電部の寸法の測定を行った。粒子堆積処理及びその後の乾燥処理、溶融処理の各条件は、上記と同様とした。その結果、洗浄処理を行わない場合のボール状導電部は、各導電部に形状不良は見られなかったけれども、ボール状導電部の高さが平均６７μｍ、標準偏差４μｍというものであった。

本実施形態の粒子堆積装置及び基板洗浄装置の断面概略図。

符号の説明

１ 粒子堆積装置
１０ 懸濁液容器
１１ 攪拌機
２ 基板洗浄装置
２０ 洗浄液容器
２１ 基板保持機
Ａ 電極
Ｗ ウェハー

Claims (3)

1. 粒子を堆積させるための開口部を有するレジストが被覆された基材を、粒子を分散させた懸濁液に浸漬し、電圧を印加することで電気泳動により粒子を開口部に堆積させる粒子堆積方法において、
   開口部に粒子を堆積させた基板を、前記懸濁液と同じ組成で粒子を含まない洗浄液中に、開口部を上方に向けた状態で浸漬し、当該基板を揺動させることによりレジストに残留する粒子を除去することを特徴とする粒子堆積方法。
2. 基板の揺動は、振り子運動である請求項１に記載の粒子堆積方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の粒子堆積方法に用いる基板洗浄装置であって、
   洗浄液を貯留する洗浄容器と、
   開口部を有するレジストが被覆された基板表面を上方に向けた状態で、基板を保持する基板保持手段と、備え、
   当該基板保持手段が、洗浄液中での基板の浸漬深さを調整可能であり、基板を振り子運動できるようにされたことを特徴とする基板洗浄装置。
   

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