JP2012004555A - 傾斜機能材料の製造方法及び装置 - Google Patents
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- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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Abstract
【解決手段】 Cuナノ粒子を含むCuインクをインクジェットヘッド50Cuから吐出されるCuナノ粒子インクの量と、インクジェットヘッド50Auから吐出されるAuナノ粒子を含むAuインクの量との比率を決定し、決定された比率にしたがってヘッド50Cu、ヘッド50Auからインクを吐出させて1つの層を形成し、基材上に複数の層を積層して積層体を得る積層させ、最下層から最上層へ向かってCuインクの吐出量比率が減少するとともにAuインクの吐出量比率が増加し、かつ、Auインクに対するCuインクの相対的な吐出量比率が小さくなり、Cuインクに対するAuインクの相対的な吐出量比率が大きくなるように、Cuインクにおける各層間の吐出量、Auインクにおける各層間の吐出量、CuインクとAuインクとの各層間の相対的な吐出量比率を決定する。
【選択図】 図4
Description
〔バンプ作成装置の構成〕
図2は、第1の実施形態に係るバンプ作成装置100の全体構成図であり、図3は、バンプ作成装置100の描画部10の概略図である。これらの図に示すように、バンプ作成装置100は、描画部10、焼結部70から構成され、描画部10は、フラットベッドタイプのインクジェット描画装置が用いられている。詳細には、描画部10は、基材であるICウェハ20が載置されるステージ30、ステージ30に載置されたICウェハ20を吸着保持するための吸着チャンバー40、ICウェハ20に向けて各インクを吐出するインクジェットヘッド50Au、インクジェットヘッド50Cu、を含み構成されている。
このように構成されたバンプ作成装置100を用いたバンプの作成について、図4を用いて説明する。
4−3のナノ粒子インクの溶媒は、混合層24−2に受容される。インク吐出後、図4(e)に示すように、2つのインクを拡散混合することにより、混合層24−3が積層される。
次に、本発明に係る第2の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記第1の実施形態と同様の構成については説明を省略する。第1の実施形態では、複数の純インクを吐出して描画により拡散混合する描画混合法によって、傾斜機能材料であるバンプの各層を形成したが、第2の実施形態では、予め拡散混合した混合インクを吐出することにより各層を形成する。
図7は、第2の実施形態に係るバンプ作成装置101の全体構成図である。同図に示すように、本実施形態に係るバンプ作成装置101は描画部11を備え、描画部11は、5種類のインクを貯蔵するインクタンク60−1〜60−5と、各インクタンク60−1〜60−5からインクが供給されるインクジェットヘッド50−1〜50−5を備えている。各インクジェットヘッド50−1〜50−5は、各インクタンク60−1〜60−5から供給されるインクをICウェハ20に対して吐出する。
第1の実施形態と同様に、ステージ30上にICウェハ20を載置し、吸着及び加熱を行う(図3参照)。
上記のように、本発明の一実施形態としてバンプの作成を例に説明したが、本発明に係る傾斜機能材料の製造方法、装置は、様々な変形例を有する。
上記のバンプ作成装置では、マイグレーション耐性を持つCuから酸化しにくいAuへの傾斜機能を持つバンプを作成したが、本発明で生成可能な傾斜機能材料はこのような傾斜機能に限定されるものではなく、変化が人工的に構造化され、制御されている材料が生成可能である。
本実施の形態では、平面板状部材であるシリコンのウェハ上に傾斜機能材料を生成しているが、基材はこれに限定されるものではない。
撥液性を有する基材の場合、機能性インクで最下層を描画することが難しい。このような場合には、機能性インクをはじかない程度に基材の表面を親液性の方向に改質してもよい。
上の層を形成した後に、上の層のインクが下の層のエッジ部分からこぼれ落ちたり、はみ出したりすると、層の高さが不均一になり、機能材料として不具合を生じる可能性がある。このような現象を防止するために、下の層を形成した後に、その層のエッジ部分を、次に形成する上の層のインクに対して撥液性にしてもよい。
上の層のインクが下の層のエッジ部分からこぼれ落ちたり、はみ出したりすることを防止するために、撥液処理ではなく、エッジ部分に凸状の枠を設ける処理を行ってもよい。
基材の全面に傾斜機能材料を形成する場合等、各層を形成後に、スピンコートを行ってから次の上の層を形成してもよい。スピンコートを併用することにより、層の高さを薄膜化して層厚を調整し、基材面内の層の高さを均一化することが可能となる。また、単純にスピンコートにより傾斜機能材料を形成するよりも、インクジェット方式の技術を併用することにより、省液化が可能となる。
本発明においては、下側に形成された層の上にインクを吐出して上側の層を形成する際、下の層がインク中の溶剤成分が完全には蒸発していない程度に乾燥(半乾燥)されていることが重要となる。
本実施の形態では、描画部にフラットベッドタイプのインクジェット描画装置が用いられているが、装置の構成についてもこれに限定されるものではない。
することも可能である。
描画混合法において2つのインクを吐出して混合層を形成する場合には、基材の一辺よりもインクジェットヘッドのヘッドセットの合計長(ヘッド長)が長くなるように構成し(長尺ヘッド)、シングルパスで各層を形成することが好ましい。特に、図6で説明したように2つのインクを順に吐出する場合、後から吐出する方のインクは、シングルパスで形成することが好ましい。後から吐出する方のインクが、インクジェットヘッドを複数回走査して分割して吐出するように構成されていると、1回目の走査と2回目の走査との間で、時間の経過が大きくなり、拡散の程度に違いが生じるという問題点が発生する。このような現象を防止するために、長尺のヘッドを用いてシングルパスで吐出を行う。
機能性インクを吐出する場合、形成した層を乾燥させる場合、拡散混合する場合、最終的に完全固化し機能発現させる場合等、全体の製造プロセスを通じて、不活性ガスを充満させた雰囲気で行うことが好ましい。
コーヒー染み現象を防止するため、機能性インクに沸点の違う溶剤を2種混合してもよい。コーヒー染み現象が生じると、コーヒーリングと呼ばれる膜内のエッジで膜厚が盛り上がり、層内での厚みが不均一となり、機能材料としてみたときに、不具合を生じることがある。
焼結部においてインクを乾燥もしくは固化させる手段としては、ホットプレートやアニール炉等での加熱の他、赤外線ランプ、LED、レーザ等による光の照射、ハロゲンランプを集光することにより瞬時に加熱を行うRTA(ラピッドサーマルアニール)法、マイクロ波による加熱、電子線によるエネルギー付与等がある。
第1の実施形態の描画混合法、第2の実施形態の混合インク法によらず、乾燥が速いインクを用いた場合では、インクを吐出した層に描画跡が発生する可能性がある。
本実施の形態では、2種類の成分から成る傾斜機能材料を生成したが、成分の数は2種類に限定されるものではない。例えば、単純に機能性インクを混合するだけでは傾斜機能材料として機能を発揮しない場合がある。
図20(a)、(b)は、2種類の成分を用いた傾斜機能材料を生成する際に、量比の少ない成分(Auナノ粒子インク)を先に付与し、量比の多い成分を後に付与する形態の説明図である。
上記に詳述した実施形態についての記載から把握されるとおり、本明細書では以下に示す発明を含む多様な技術思想の開示を含んでいる。
Claims (30)
- 複数のインクジェットヘッドから基材にインクを吐出することにより、第1の材料から前記第1の材料とは異なる第2の材料へ傾斜する傾斜機能材料を製造する傾斜機能材料の製造方法であって、
前記第1の材料を含む第1の機能性インクを第1のインクジェットヘッドに供給する工程と、
前記第2の材料を含む第2の機能性インクを第2のインクジェットヘッドに供給する工程と、
前記第1のインクジェットヘッドから吐出される第1の機能性インクの量と前記第2のインクジェットヘッドから吐出される第2の機能性インクの量との比率を決定する制御工程と、
前記決定された比率にしたがって前記第1のインクジェットヘッド及び/又は前記第2のインクジェットヘッドからインクを吐出させて1つの層を形成する形成工程と、
前記形成工程を繰り返して基材上に複数の層を積層して積層体を得る積層工程と、
を含み、
前記制御工程は、前記複数の層が上層にいくほど前記第1の機能性インクの比率が小さい層であって前記第2の機能性インクの比率が大きい層となるようにインクの比率を決定することを特徴とする傾斜機能材料の製造方法。 - 前記形成工程は、前記第1の機能性インクと前記第2の機能性インクとの混合インクからなる層を形成する際に、表面張力の大きいインクを先に吐出させ、表面張力の小さいインクを後から吐出させることを特徴とする請求項1に記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 前記形成工程は、第1の機能性インクを間歇吐出させて離散的に配置する第1の間歇吐出工程と、
離散的に配置された前記第1の機能性インクと同じ位置に前記第2の機能性インクを間歇吐出させる第2の間歇吐出工程と、
前記第2の間歇吐出工程の後に、離散的に配置された前記第1の機能性インクの間を補間するように前記第1の機能性インクを吐出させる第1の補間吐出工程と、
前記第1の補間吐出工程により吐出させた第1の機能性インクと同じ位置に、前記第2の機能性インクを吐出させる第2の補間吐出工程と、
を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の傾斜機能材料の製造方法。 - 前記形成工程は、前記第1のインクジェットヘッド及び前記第2のインクジェットヘッドのうち、一方のインクジェットヘッドから吐出させたインクの打滴位置に、他方のインクジェットヘッドからインクを吐出させることを特徴とする請求項1又は2に記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 前記積層工程は、前記第1の機能性インク及び前記第2の機能性インクの混合層内における第1の機能性材料又は第2の機能性材料の拡散を促進させる第1の補助インクが付与される第1の補助インク付与工程を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 前記第1の補助インク付与工程は、前記第1の機能性インク及び前記第2の機能性インクの混合層を形成する前に、前記第1の補助インクが付与されることを特徴とする請求項5に記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 前記第1の補助インク付与工程は、前記第1の機能性インク及び前記第2の機能性インクの混合層を形成する際の前記第1の機能性インクが付与され前記第2の機能性インクが付与される前に、前記第1の補助インクが付与されることを特徴とする請求項5に記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 前記第1の補助インク付与工程は、前記第1の機能性インク及び前記第2の機能性インクの混合層が形成された後に、前記第1の補助インクが付与されることを特徴とする請求項5に記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 前記基材の前記第1の機能性インク又は前記第2の機能性インクが付与される面に、改質処理を施す改質処理工程を含み、
前記形成工程は、前記第1の機能性インク及び前記第2の機能性インクからなる層を形成する際に、前記第1の機能性インクの量と第2の機能性インクの量のうち、比率が小さい方を先に吐出させることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の傾斜機能材料の製造方法。 - 前記形成工程は、前記第1の機能性インク及び前記第2の機能性インクからなる層を形成する際に、前記第1の機能性インクの量と第2の機能性インクの量のうち、比率が大きい方を先に吐出させることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 前記基材上において、前記第1のインクジェットヘッドから吐出された第1の機能性インクと前記第2のインクジェットヘッドから吐出された第2の機能性インクとを拡散混合する拡散混合工程を含むことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 前記拡散混合工程は、前記基材を超音波処理する工程を含むことを特徴とする請求項11に記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 複数のインクジェットヘッドから基材にインクを吐出することにより、第1の材料から前記第1の材料とは異なる第2の材料へ傾斜する傾斜機能材料を製造する傾斜機能材料の製造方法であって、
前記第1の材料を含む第1の機能性インクと前記第2の材料を含む第2の機能性インクとが混合された混合インクであって、それぞれ異なる比率で混合された複数の混合インクを複数のインクジェットヘッドのそれぞれのインクジェットヘッドに供給する工程と、
前記複数のインクジェットヘッドから1つのインクジェットヘッドを順に選択する選択工程であって、前記第1の機能性インクの比率の高い混合インクが供給されるインクジェットヘッドから順に選択する選択工程と、
前記選択されたインクジェットヘッドから混合インクを吐出させて1つの層を形成する形成工程と、
前記形成工程を繰り返して基材上に複数の層を積層して積層体を得る積層工程と、
を含むことを特徴とする傾斜機能材料の製造方法。 - 前記形成工程は、前記基材と前記複数のインクジェットヘッドとを相対的に複数回移動させながら前記混合インクによる1つの層を形成し、前記基材と前記複数のインクジェットヘッドとの1回の相対移動により前記混合インクを離散的に配置させ、前記基材と前記複数のインクジェットヘッドとの複数回の相対移動によって離散的に配置された前記混合インクの間を補間することを特徴とする請求項13に記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 前記形成された層を半乾燥させる半乾燥工程を含むことを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 前記積層工程は、前記第1の機能性インク及び前記第2の機能性インクの混合層を形成した後に、前記形成された層と次に形成される層との境界近傍における拡散を生じさせる第2の補助インクが付与される第2の補助インク付与工程を含むことを特徴とする請求項1から15のいずれか1項に記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 前記複数の層は、前記第1の機能性インクだけを含み前記第2の機能性インクを含まない混合インク、及び/又は前記第2の機能性インクだけを含み前記第1の機能性インクを含まない混合インクを有することを特徴とする請求項1から16のいずれか1項に記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 前記半乾燥工程は、前記形成された層の乾燥が速い場合には乾燥を遅らせることを特徴とする請求項15から17のいずれか1項に記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 前記形成された層の乾燥の程度を測定する工程を備え、
前記半乾燥工程は、前記測定された乾燥の程度に基づいて半乾燥させることを特徴とする請求項15から18のいずれか1項に記載の傾斜機能材料の製造方法。 - 各層の形成後に該形成された層の外周部を次に吐出されるインクに対して撥液化する撥液化工程を備えたことを特徴とする請求項1から19のいずれかに記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 各層の形成後に該形成された層の外周部に次に吐出されるインクを取り囲むための枠を設ける枠生成工程を備えたことを特徴とする請求項1から20のいずれかに記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 前記形成工程の前に、前記基材の表面を最初に吐出されるインクに対して親液化する親液化工程を備えたことを特徴とする請求項1から21のいずれかに記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 前記各工程が不活性ガス雰囲気内で行われることを特徴とする請求項1から22のいずれかに記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 前記積層体を所定の焼結温度で焼結する焼結工程を備えたことを特徴とする請求項1から23のいずれかに記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 複数のインクジェットヘッドから基材にインクを吐出することにより、第1の材料から該第1の材料とは異なる第2の材料へ傾斜する傾斜機能材料の製造装置であって、
前記第1の材料を含む第1の機能性インクを吐出する第1のインクジェットヘッドと、
前記第2の材料を含む第2の機能性インクを吐出する第2のインクジェットヘッドと、
前記第1のインクジェットヘッドから吐出されるインクの量と前記第2のインクジェットヘッドから吐出されるインクの量を制御する制御手段と、
前記第1のインクジェットヘッドと前記第2のインクジェットヘッドとからインクを吐出させて1つの層を形成する形成手段と、
前記形成手段により複数の層を積層して積層体を得る積層手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記複数の層が上層にいくほど前記第1の機能性インクの比率が小さい層であって前記第2の機能性インクの比率が大きい層となるようにインクの比率を決定することを特徴とする傾斜機能材料の製造装置。 - 前記第1のインクジェットヘッド及び/又は第2のインクジェットヘッドと前記基材とを所定の方向に相対移動する移動手段を備え、
前記第1のインクジェットヘッド及び/又は第2のインクジェットヘッドは、インク滴を吐出する複数のノズルが前記基材に形成すべき層の前記所定の方向と直交する方向の全域にわたって配列されており、
前記形成手段は、前記移動手段による前記第1のインクジェットヘッド及び第2のインクジェットヘッドの1回の相対移動において、1つの層を形成することを特徴とする請求項25に記載の傾斜機能材料の製造装置。 - 前記第1のインクジェットヘッド及び/又は第2のインクジェットヘッドと前記基材とを相対移動する移動手段と、
前記相対移動の向きを略90度変更する変更手段と、
を備え、
前記形成手段は、前記移動手段による相対移動時にインクを吐出させた後、前記変更手段により前記相対移動の向きを90度変更してから再び移動手段による相対移動時にインクを吐出させることを特徴とする請求項25に記載の傾斜機能材料の製造装置。 - 複数のインクジェットヘッドから基材にインクを吐出することにより、第1の材料から該第1の材料とは異なる第2の材料へ傾斜する傾斜機能材料の製造装置であって、
前記第1の材料を含む第1の機能性インクと前記第2の材料を含む第2の機能性インクとが混合された混合インクであって、それぞれ異なる比率で混合された複数の混合インクを前記複数のインクジェットヘッドのそれぞれに供給する手段と、
前記複数のインクジェットヘッドから1つのインクジェットヘッドを順に選択する選択手段であって、前記第1の混合インクの比率の高い混合インクが供給されるインクジェットヘッドから順に選択する選択手段と、
前記選択されたインクジェットヘッドから混合インクを吐出させて1つの層を形成する形成手段と、
前記形成手段により層の形成を繰り返して基材上に複数の層を積層して積層体を得る積層手段と、
を備えたことを特徴とする傾斜機能材料の製造装置。 - 前記形成手段は、コンティニュアス型のインクジェット方式により1つの層を形成することを特徴とする請求項25から28のいずれかに記載の傾斜機能材料の製造装置。
- 前記第1のインクジェットヘッド及び第2のインクジェットヘッドはピエゾ方式であり、
吐出されたインクの飛翔距離を延ばすための電界を印加する電界印加手段を備えたことを特徴とする請求項25から28のいずれかに記載の傾斜機能材料の製造装置。
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