JP2015070096A

JP2015070096A - 液滴塗布装置及び液滴塗布方法

Info

Publication number: JP2015070096A
Application number: JP2013202614A
Authority: JP
Inventors: 昭宏重山; Akihiro Shigeyama; 千尋手島; Chihiro Tejima
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2015-04-13

Abstract

【課題】製造工程数及び製造コストを抑えることができる液滴塗布装置及び液滴塗布方法を提供する。
【解決手段】液滴塗布装置１は、塗布対象物となる基材Ｗに形成された凹部に向け、塗布液の液滴を吐出する塗布部としての塗布ヘッド４と、凹部の容量より多い量の塗布液を凹部に供給し、この供給された塗布液が凹部の周囲の基材Ｗ上で環状の壁を形成するように塗布液が乾燥した状態で、その壁から溢れ出さない量の塗布液を凹部に供給するように塗布ヘッド４を制御する制御部５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、液滴塗布装置及び液滴塗布方法に関する。

半導体パッケージ（半導体装置）はコンピュータや携帯型情報端末、通信機器などの各種の電子機器に用いられており、この半導体パッケージの小型化や高密度化の要求からＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｌｌａｙ）やＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅ／ＳｃａｌｅＰａｃｋａｇｅ）などの表面実装技術が実用化されている。この表面実装技術では、外部接続端子として機能するハンダ（はんだ）バンプが用いられており、半導体パッケージがフリップチップ実装によって基板上に搭載されている。

前述のハンダバンプを形成する形成方法としては、基材にハンダボールをマウントする方式やハンダペーストを印刷する方式、ハンダを密着させるメッキ方式などがある。ハンダボールをマウントする方式では、基材の各電極にフラックスを塗布し、そのフラックス上にハンダボールを搭載してから、リフロー炉によりハンダボールを溶融してハンダバンプを形成する。また、ペーストを印刷する方式では、基材の各電極にマスクを介してペーストを塗布し、リフロー炉によりペーストを溶融してハンダバンプを形成する。メッキ方法では、リソグラフィ技術によりバンプパターンを形成し、これにメッキを施してハンダバンプを形成する。

特開２００４−２２８３７５号公報

しかしながら、前述のハンダボールをマウントする方式では、基材にフラックスを塗布する工程とハンダボールを搭載する工程の２工程がリフロー工程前に必要となるため、製造工程数が多くなってしまう。また、前述のペーストを印刷する方式ではマスクが必要となり、メッキ方式でもリソグラフィ工程が必要となるため、工程や装置が複雑になり、どちらの方式でも製造コストが高くなってしまう。このため、製造工程数及び製造コストを抑えることが求められている。

本発明が解決しようとする課題は、製造工程数及び製造コストを抑えることができる液滴塗布装置及び液滴塗布方法を提供することである。

本発明の実施形態に係る液滴塗布装置は、塗布対象物に形成された凹部に向け、塗布液の液滴を吐出する塗布部と、凹部の容量より多い量の塗布液を凹部に供給し、この供給された塗布液が凹部の周囲の塗布対象物上で環状の壁を形成するように塗布液が乾燥した状態で、その環状の壁から溢れ出さない量の塗布液を凹部に供給するように塗布部を制御する制御部とを備える。

本発明の実施形態に係る液滴塗布方法は、塗布対象物に形成された凹部に向け、塗布液の液滴を吐出する塗布部を用いて、凹部の容量より多い量の塗布液を凹部に供給する工程と、凹部に供給された塗布液が凹部の周囲の塗布対象物上で環状の壁を形成するように塗布液を乾燥させる工程と、凹部の周囲の塗布対象物上に塗布液による環状の壁が形成された状態で、塗布部を用いて環状の壁から溢れ出さない量の塗布液を凹部に供給する工程とを有する。

本発明によれば、製造工程数及び製造コストを抑えることができる。

第１の実施形態に係る液滴塗布装置の概略構成を示す図である。第１の実施形態に係る塗布ヘッドの概略構成を示す断面図である。第１の実施形態に係る塗布工程を説明するための第１の工程断面図である。第１の実施形態に係る塗布工程を説明するための第２の工程断面図である。第１の実施形態に係る塗布工程を説明するための第３の工程断面図である。第１の実施形態に係る塗布工程を説明するための第４の工程断面図である。第１の実施形態に係る塗布工程を説明するための第５の工程断面図である。第１の実施形態に係る塗布工程を説明するための第６の工程断面図である。第１の実施形態に係る塗布工程を説明するための第７の工程断面図である。第１の実施形態に係る塗布工程を説明するための第８の工程断面図である。第１の実施形態に係る塗布工程を説明するための第９の工程断面図である。第１の実施形態に係る塗布工程を説明するための第１０の工程断面図である。第２の実施形態に係る塗布工程を説明するための第１の工程断面図である。第２の実施形態に係る塗布工程を説明するための第２の工程断面図である。第２の実施形態に係る塗布工程を説明するための第３の工程断面図である。第２の実施形態に係る塗布工程を説明するための第４の工程断面図である。第２の実施形態に係る塗布工程を説明するための第５の工程断面図である。第２の実施形態に係る塗布工程を説明するための第６の工程断面図である。第２の実施形態に係る塗布工程を説明するための第７の工程断面図である。第２の実施形態に係る塗布工程を説明するための第８の工程断面図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図１ないし図１２を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る液滴塗布装置１は、塗布対象物としての基材Ｗを水平状態（図１中、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿う状態）で支持するステージ２と、そのステージ２をＸ軸方向に搬送するステージ搬送部３と、ステージ２上の基材Ｗの塗布面に向けて液滴を吐出（滴下も含む）する塗布ヘッド４と、各部を制御する制御部５とを備えている。

ステージ２は、ステージ搬送部３上に設けられ、Ｘ軸方向に移動可能に形成されている。このステージ２の載置面は平坦であり、基材Ｗはその載置面上に置かれ、静電チャックや吸着チャックなどの機構あるいは自重によって固定される。

ステージ搬送部３は、ステージ２を支持し、その支持したステージ２をＸ軸方向に案内して移動させる。このステージ搬送部３は制御部５に電気的に接続されており、制御部５による制御に応じて駆動する。なお、ステージ搬送部３としては、例えば、サーボモータを駆動源とする送りねじ式の移動機構やリニアモータを駆動源とするリニアモータ式の移動機構などを用いることが可能である。このステージ搬送部３がステージ２と塗布ヘッド４とをステージ２上の基材Ｗの塗布面に沿って相対移動させる移動装置として機能する。

塗布ヘッド４は、その内部に収容する塗布液である溶液を複数の液滴として外部に吐出する塗布部として機能する。この塗布ヘッド４はＹ軸方向に移動可能に形成されており、ステージ２及びステージ搬送部３を跨ぐ門型のコラムなどの支持部材にヘッド搬送部（いずれも図示せず）を介して設けられている。なお、ヘッド搬送部としては、例えば、前述と同様、ねじ式の移動機構やリニアモータ式の移動機構などを用いることが可能である。このヘッド搬送部もステージ２と塗布ヘッド４とをステージ２上の基材Ｗの塗布面に沿って相対移動させる移動装置として機能する。

なお、前述の塗布ヘッド４はＹ軸方向に移動可能になっているが、これに限るものではなく、ステージ２と塗布ヘッド４とがステージ２上の基材Ｗの塗布領域において相対移動すれば良く、例えば、塗布ヘッド４を固定してステージ２をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能にするようにしても良く、逆に、ステージ２を固定して塗布ヘッド４をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能にするようにしても良いし、さらに、ステージ２と塗布ヘッド４とがそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に移動するようにしても良い。

ここで、塗布液としての溶液は、導電性物質（例えば、金属）や分散剤（例えば、有機物）などの溶質と、その溶質を溶解（分散）させる揮発性溶媒とにより構成されている。この溶液の液滴が基材Ｗの表面上に着弾し、その溶液から溶媒が完全に揮発すると、導電性物質や分散剤などの溶質が残留することになる。なお、金属としては、例えば、錫や金、銀などを用いることが可能である。

前述の塗布ヘッド４は、図２に示すように、液滴を吐出するための複数の吐出孔１１ａ及びそれらの吐出孔１１ａにそれぞれ連通する複数の液室１２ａを有するノズルプレート１１と、そのノズルプレート１１が取り付けられるヘッド本体１２と、ノズルプレート１１とヘッド本体１２との間に挟まれて設けられ、各液室１２ａの容積を変化させる可撓板１３と、その可撓板１３を変形させる複数の圧電素子１４と、それらの圧電素子１４を駆動させる圧電素子駆動部１５とを備えている。

ノズルプレート１１には、複数個の吐出孔１１ａが長手方向に所定ピッチ（所定間隔）で直線状に並べられて形成されている。これらの吐出孔１１ａの並び方向が図１中のＹ軸方向に対して所定角度だけ傾くことが可能になるように塗布ヘッド４が支持部材に設けられている。例えば、塗布ヘッド４が回転機構（図示せず）によりθ方向（図１中のＸＹ平面に沿う回転方向）に回転可能に支持されており、その回転機構によりＹ軸方向に対して所定角度だけ傾けられる。この所定角度を変更することによって、基材Ｗ上でＹ軸方向に並ぶ各液滴の間隔、すなわちＹ軸方向の塗布ピッチを調整することが可能である。

ヘッド本体１２には、溶液を収容する各液室１２ａに加え、それらの液室１２ａに枝管路（図示せず）を介して連通する主管路１２ｂと、その主管路１２ｂの一端に連通する給液管路１２ｃと、主管路１２ｂの他端に連通する排液管路１２ｄとが形成されている。給液管路１２ｃは溶液タンクから主管路１２ｂに溶液を供給するための流路であり、チューブやパイプなどの供給管を介して溶液タンクに接続されている。また、排液管路１２ｄは主管路１２ｂを通過した溶液を溶液タンクに戻すための流路であり、チューブやパイプなどの排出管を介して前述の溶液タンクに接続されている。

可撓板１３は、その変形により各液室１２ａの容積を増減させるための板部材である。この可撓板１３は撓み変形可能にヘッド本体１２に取付けられており、各液室１２ａの壁部として機能する。なお、ヘッド本体１２は矩形枠状に形成されており、その下面側開口部分が可撓板１３によって閉塞されている。この可撓板１３がノズルプレート１１により覆われ、ノズルプレート１１と可撓板１３との間に各液室１２ａが形成されている。

各圧電素子１４は、各液室１２ａにそれぞれ対向させて可撓板１３に固着されている。これらの圧電素子１４は圧電素子駆動部１５に電気的に接続されており、その圧電素子駆動部１５からの電力供給により駆動する。圧電素子１４が駆動して伸縮すると、その駆動した圧電素子１４に対応する可撓板１３の一部が変形するため、その変形に応じて液室１２ａの容積が増減し、その液室１２ａに連通する吐出孔１１ａから液滴が吐出される。この圧電素子１４が駆動素子として機能する。

圧電素子駆動部１５は、制御部５に電気的に接続されており、その制御部５からの制御信号を受けて各圧電素子１４に個別に電圧を印加することが可能なデバイスである。この圧電素子駆動部１５は、制御部５からの制御信号に応じて各圧電素子１４を個別に駆動させ、塗布ヘッド４の各吐出孔１１ａから個々に液滴を吐出させる。

このような構成の塗布ヘッド４は、圧電素子駆動部１５による各圧電素子１４に対する駆動電圧の印加に応じて、可撓板１３の変形により各液室１２ａ内の溶液を対応する吐出孔１１ａから押し出して液滴として吐出する。この吐出前、各液室１２ａは溶液により満たされている。

図１に戻り、制御部５は、ステージ搬送部３や塗布ヘッド４などの各部を制御するマイクロコンピュータ、加えて、塗布に関する塗布情報や各種プログラムを記憶する記憶部（いずれも図示せず）などを備えている。ここで、塗布情報は、ドットパターンなどの所定の塗布パターン、塗布ヘッド４の駆動電圧、吐出周波数（吐出タイミング）及び基材Ｗの移動速度（塗布速度）に関する情報などを含んでいる。

制御部５は、塗布情報に基づいてステージ搬送部３や塗布ヘッド４などを制御し、ステージ２上の基材Ｗと塗布ヘッド４とを相対移動させながら、ステージ２上の基材Ｗに向けて塗布ヘッド４の各吐出孔１１ａから溶液の液滴を間欠吐出し、その基材Ｗ上の塗布対象領域に液滴のドット列を順次塗布する塗布動作を行う。例えば、ステージ２をＸ軸方向に移動させつつそのステージ２上の基材Ｗに対する走査塗布を行い、その一回の走査塗布後、塗布ヘッド４をＹ軸方向に所定ピッチ（例えば、Ｙ軸方向の塗布ピッチ×吐出孔１１ａの個数）だけ移動させ、再びステージ２をＸ軸方向に移動させてそのステージ２上の基材Ｗに対する走査塗布を行う。この走査塗布を繰り返し、基材Ｗ上の塗布対象領域の全領域に対する塗布を行う。

また、制御部５は、塗布ヘッド４が備える圧電素子駆動部１５を介して各圧電素子１４の駆動を制御し、所定の駆動電圧や吐出周波数などに基づき、所定の吐出タイミングで各圧電素子１４に駆動電圧を印加する。なお、駆動電圧を変更することによって液滴の吐出量を調整することが可能である。また、吐出周波数や基材Ｗの移動速度を変更することによって基材Ｗ上でＸ軸方向（基材Ｗの移動方向）に並ぶ各液滴の間隔、すなわちＸ軸方向の塗布ピッチを調整することが可能である。

次に、前述の液滴塗布装置１の導電性バンプ形成に係る塗布動作（塗布方法）について説明するが、まず、塗布対象物となる基材Ｗについて説明し、その後、塗布工程について説明する。なお、液滴塗布装置１の制御部５が各種のプログラムに基づいて塗布処理を実行する。

図３に示すように、塗布対象物となる基材Ｗは、ウェーハなどの基板２１と、その基板２１上に形成された電極（電極パッド）２２と、その電極２２を露出させるように積層された絶縁層（例えば樹脂層）２３とによって構成されている。この絶縁層２３は、電極２２を底面に有する凹部（バンクとも呼ばれる）２３ａを有している。この凹部２３ａの開口は平面視で例えば丸形状であり、凹部２３ａの内壁は底面に向かって開口径が小さくなるように徐々に傾斜している。ただし、凹部２３ａの形状は特に限定されるものではない。

なお、図３においては、電極２２及び凹部２３ａを一つずつ示しているだけであるが、実際にはそれぞれ複数存在している。例えば、電極２２は基板２１上にマトリックス状（行列状）に複数設けられており、その電極２２が絶縁層２３により覆われないように凹部２３ａは電極２２の配置に合わせてマトリックス状に複数設けられている。このマトリックス状に並ぶ複数の凹部２３ａに塗布ヘッド４によって溶液が供給されるが、このとき、塗布ヘッド４は溶液の液滴を供給可能な範囲内の複数の凹部２３ａに対して一度に吐出することになる。以下の図面でも、説明の簡略化のため、電極２２及び凹部２３ａを一つずつ示しており、この図面に基づいて基材Ｗに対する塗布工程を説明する。

第１の実施形態に係る塗布工程では、まず、基材Ｗの凹部２３ａ（図３参照）に向けて塗布ヘッド４から溶液の液滴を吐出し、凹部２３ａの容量より多い所定量の溶液Ａ１を基材Ｗの凹部２３ａに供給する。これにより、図４に示すように、凹部２３ａに供給された溶液Ａ１は凹部２３ａから溢れ出し、その凹部２３ａの周囲の絶縁層２３上にまで広がることになる。なお、隣接する凹部２３ａからそれぞれ漏れ出した溶液が互いに接触することを避ける必要があるため、前述の所定量は、隣接する凹部２３ａからそれぞれ漏れ出した溶液が互いに接触しない量、例えば、凹部２３ａの容量の二倍以下に設定されている。

前述の供給後、溶液Ａ１が徐々に乾燥していく過程（溶液Ａ１の揮発性溶媒が揮発していく過程）において、凹部２３ａに供給された溶液Ａ１内に対流（例えば、マランゴニ対流など）が生じているため、溶質が流動して凹部２３ａの周囲の絶縁層２３上に集まり、また、重力により下方に移動して電極２２や凹部２３ａの内壁に沿って層となるように集まる。これにより、図５に示すように、凹部２３ａの周囲の絶縁層２３上には、凹部２３ａの開口を囲む環状の壁Ｂ１が形成され、さらに、その環状の壁Ｂ１につながる下地層が凹部２３ａの内壁及び電極２２上に形成される。

この環状の壁Ｂ１や下地層を形成する溶液は、完全に揮発性溶媒が蒸発した状態ではなく、溶質以外に少量でも揮発性溶媒を含んでいる状態であって流動が停止している半硬化状態になっている。なお、通常用いる溶媒の揮発性は高いため、液滴が凹部２３ａに着弾した後、数秒で半硬化状態となる。

ここで、基材Ｗの凹部２３ａに対して所定量の溶液を供給する際には、一滴の液滴による供給であっても、複数滴による供給であっても良い。複数滴による供給では、所定量よりも少ない量の液滴を連続的に吐出し、それらの液滴量の合計を所定量とする。この複数滴による供給を行う場合には、着弾した液滴が半硬化状態となる前に次の液滴を着弾させる必要がある。このため、吐出周波数は溶液の揮発性に応じ、例えば、揮発性が高くなるほど高く設定される。

次に、図５に示すように、環状の壁Ｂ１が凹部２３ａの周囲の絶縁層２３上に形成され、さらに、その環状の壁Ｂ１につながる下地層が電極２２及び凹部２３ａの内壁上に形成された状態で、基材Ｗの凹部２３ａに向けて塗布ヘッド４から溶液の液滴を吐出し、環状の壁Ｂ１から溢れ出さない量の溶液Ａ２を凹部２３ａに供給する。これにより、図６に示すように、溶液Ａ２は環状の壁Ｂ１を乗り越えずにその環状の壁Ｂ１及び下地層上に溜められる。このため、溶液Ａ２が絶縁層２３上に溢れ出して広がることはない。

その後、前述と同じように、溶液Ａ２が徐々に乾燥していく過程（溶液Ａ２の揮発性溶媒が揮発していく過程）において、凹部２３ａに供給された溶液Ａ２内に対流が生じているため、前述と同様、溶質が流動して凹部２３ａの周囲の絶縁層２３上に集まり、また、重力により凹部２３ａに溜まるように集まる。このとき、溶液Ａ２と溶液Ａ１の互いの溶媒が混じり合い、溶液Ａ２の溶質が溶液Ａ１の溶質上に積層されるように溜まることになる。このため、凹部２３ａが溶液により満たされていき、環状の壁Ｂ１の高さも高くなる。

この環状の壁Ｂ１の高さを所望の高さまで高くするため、環状の壁から溢れ出さない量の溶液を凹部２３ａ上に供給することを所定回数繰り返す。なお、この所定回数の溶液供給は所定間隔で行われるが、この所定間隔は供給後の溶液が半硬化状態になると次の供給が実行されるような間隔である。このような所定回数の溶液供給が行われると、図７に示すように、所望の高さ及び幅の環状の壁Ｂ２（壁Ｂ１より高い）が形成され、凹部２３ａが溶液によって満たされる。

ここまでの工程が所望の壁Ｂ２を形成する壁形成工程である。なお、凹部２３ａに供給された溶液Ａ１内に対流を積極的に発生させて壁Ｂ１を高くするためには、ホットプレートやヒータなどの加熱手段によって基材Ｗ及び塗布ヘッド４の両方又は一方を加熱し、基材Ｗ上の溶液や塗布ヘッド４内の溶液に熱を加えるようにしても良い。

次に、前述の壁形成工程後、図７に示すように、環状の壁Ｂ２が凹部２３ａの周囲の絶縁層２３上に形成され、さらに、凹部２３ａが半硬化状態の溶液により満たれている状態で、基材Ｗの凹部２３ａに向けて塗布ヘッド４から溶液の液滴を吐出し、環状の壁Ｂ２から溢れ出さない量の溶液Ａ３を凹部２３ａに供給する。これにより、図８に示すように、溶液Ａ３は環状の壁Ｂ２によってせき止められ、その環状の壁Ｂ２の間に溜められる。このため、溶液Ａ３は環状の壁Ｂ２を乗り越え、絶縁層２３上に溢れ出して広がることはない。このときの溶液Ａ３は略半楕円球状（レンズの平凸形状）になっている。

その後、前述と同じように、溶液Ａ３が徐々に乾燥していく過程（溶液Ａ３の揮発性溶媒が揮発していく過程）において、凹部２３ａに供給された溶液Ａ３内で発生する対流は前述に比べ弱く、図９に示すように、半楕円球状の溶液Ａ３は形状を保ちつつ溶媒の揮発に伴って徐々に小さくなる。このとき、溶液Ａ３と従前の溶液の互いの溶媒が混じり合い、溶液Ａ３の溶質が従前の溶液の溶質上に積層されるように溜まることになる。なお、環状の壁Ｂ２の高さは維持されている。

所望の高さまで溶液を積層するため、図１０に示すように、環状の壁Ｂ２から溢れ出さない量の溶液Ａ４を凹部２３ａに供給することを所定回数繰り返す。なお、この所定回数の溶液供給は所定間隔で行われるが、この所定間隔は供給後の溶液が半硬化状態になると次の供給が実行されるような間隔である。このような所定回数の溶液供給が行われ、凹部２３ａを満たす溶液が半硬化状態となると、図１１に示すように、その半硬化状態の溶液は表面張力によって略半円球状となり、所望の大きさになっている。

壁形成工程後のここまでの工程が所望の高さまで積層を繰り返す積層工程である。この積層工程において溶液の供給回数（積層回数）を増やすことによって、一回の溶液供給量を少なくし、供給後の溶液内での対流発生を抑えることが可能となるので、希望する形状を得ることが容易となる。なお、積層工程では、液滴サイズは２０ｐｌ（ピコリットル）台とし、液滴を積層する際の運動エネルギーを軽減するために飛翔速度は１０ｍ／ｓ以下であることが望ましい。

最後に、壁形成工程及び積層工程後の基材Ｗをリフロー炉（リフロー装置）に入れ、基材Ｗ上の溶質を溶融させる。これにより、溶液内の溶媒が完全に揮発し、さらに、溶融した溶質が表面張力によって引き寄せられて一体となり（溶質の微粒子が合体する）、図１２に示すように、所望の高さ及び幅（所望のアスペクト比）を有する半円形状の導電性バンプ２４が形成される。

このような製造工程では、壁形成工程によって凹部２３ａの開口を囲む環状の壁Ｂ２が所望の高さに形成され、積層工程によって環状の壁Ｂ２内の凹部２３ａ上に溶液が順次供給される。この積層工程では、環状の壁Ｂ２の内側に溶液が滴下されたとき、その水平方向の流動が環状の壁Ｂ２によりせき止められる。最後に、リフロー工程によって溶液内の溶質が溶融して一体となり、導電性バンプ２４が凹部２３ａ上に形成される。このようにして溶液の積層が容易となり、所望の高さ及び幅を有する導電性バンプ２４を容易に形成することができる。なお、液滴の乾燥を促進するためにステージ２を加熱しながら溶液を滴下することも効果的である。また、溶液の粘度は３０ｍＰａ・ｓ以上であってその固形分がより多い方がタクト短縮につながる。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、基材Ｗに形成された凹部２３ａにその容量より多い量の溶液を供給し、その後、凹部２３ａの周囲の基材Ｗ上に溶液による環状の壁Ｂ１又はＢ２が形成された状態で、その環状の壁Ｂ１又はＢ２から溢れ出さない量の溶液を凹部２３ａに供給することによって、所望の高さ及び幅（所望のアスペクト比）を有する導電性バンプ２４を形成することが可能となる。このため、製造工程として、基材Ｗにフラックスを塗布する工程とハンダボールを搭載する工程の２工程をリフロー工程前に必要とせず、塗布工程の１工程だけで良くなるため、製造工程数を抑えることができる。さらに、ペースト印刷やメッキ方式に比べ、マスクやリソグラフィ工程が不要であり、工程や装置が簡略化されるため、製造コストを抑えることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について図１３ないし図２０を参照して説明する。

第２の実施形態は基本的に第１の実施形態と同様である。このため、第２の実施形態では、第１の実施形態との相違点（塗布工程の流れ）について説明し、第１の実施形態で説明した部分と同一部分は同一符号で示し、その説明も省略する。

第２の実施形態に係る塗布工程では、まず、基材Ｗの凹部２３ａ（図３参照）に向けて塗布ヘッド４から溶液の液滴を吐出し、凹部２３ａの容量より多い所定量の溶液Ｃ１を基材Ｗの凹部２３ａに供給する。これにより、図１３に示すように、凹部２３ａに供給された溶液Ｃ１は凹部２３ａから溢れ出し、その凹部２３ａの周囲の絶縁層２３上にまで広がることになる。この広がりは、リフロー工程において溶融した溶質が表面張力によって凹部２３ａの周囲から凹部２３ａ上に戻ることが可能な範囲の広がりである。つまり、この所定量は、凹部２３ａの容量より多い溶液量であって、凹部２３ａの周囲の絶縁層２３の上に溢れて広がった溶液が、溶液に含まれる溶質が溶融したときの表面張力によって凹部２３ａの周囲から凹部２３ａ上に戻ることが可能な溶液量である。なお、隣接する凹部２３ａからそれぞれ漏れ出した溶液が互いに接触することを避ける必要があるため、前述の所定量は、前述の条件を満たす場合でも、隣接する凹部２３ａからそれぞれ漏れ出した溶液が互いに接触しない量、例えば、凹部２３ａの容量の二倍以下に設定されている。

前述の供給後、溶液Ｃ１が徐々に乾燥していく過程（溶液Ｃ１の揮発性溶媒が揮発していく過程）において、凹部２３ａに供給された溶液Ｃ１内に対流（例えば、マランゴニ対流など）が生じているため、溶質が流動して凹部２３ａの周囲の絶縁層２３上に集まり、また、重力により下方に移動して電極２２や凹部２３ａの内壁に沿って層となるように集まる。これにより、図１４に示すように、凹部２３ａの周囲の絶縁層２３上には、凹部２３ａの開口を囲む環状の壁Ｄ１が形成され、さらに、その環状の壁Ｄ１につながる下地層が凹部２３ａの内壁及び電極２２上に形成される。なお、環状の壁Ｄ１の外径や幅は、第１の実施形態に係る環状の壁Ｂ１やＢ２に比べて大きくなっている。

この環状の壁Ｄ１や下地層を形成する溶液は、第１の実施形態と同様、完全に揮発性溶媒が蒸発した状態ではなく、溶質以外に少量でも揮発性溶媒を含んでいる状態であって流動が停止している半硬化状態になっている。また、基材Ｗの凹部２３ａに対して所定量の溶液を供給する際には、第１の実施形態と同様、一滴による供給であっても、複数滴による供給であっても良い。

次に、図１４に示すように、環状の壁Ｄ１が凹部２３ａの周囲の絶縁層２３上に形成され、さらに、その環状の壁Ｄ１につながる下地層が電極２２及び凹部２３ａの内壁上に形成された状態で、基材Ｗの凹部２３ａに向けて塗布ヘッド４から溶液の液滴を吐出し、環状の壁Ｄ１から溢れ出さない量の溶液Ｃ２を凹部２３ａに供給する。これにより、図１５に示すように、溶液Ｃ２は環状の壁Ｄ１を乗り越えずにその環状の壁Ｄ１及び下地層上に溜められる。このため、溶液Ｃ２が絶縁層２３上に溢れ出して広がることはない。

その後、前述と同じように、溶液Ｃ２が徐々に乾燥していく過程（溶液Ｃ２の揮発性溶媒が揮発していく過程）において、凹部２３ａに供給された溶液Ｃ２内に対流が生じているため、前述と同様、溶質が流動して凹部２３ａの周囲の絶縁層２３上に集まり、また、重力により凹部２３ａに溜まるように集まる。このとき、溶液Ｃ２と溶液Ｃ１の互いの溶媒は混じり合い、溶液Ｃ２の溶質は溶液Ｃ１の溶質上に積層されるように溜まることになる。このため、凹部２３ａが溶液により満たされていき、環状の壁Ｄ１の高さも高くなる。

この壁Ｄ１の高さを所望の高さまで高くするため、環状の壁から溢れ出さない量の溶液を凹部２３ａに供給することを所定回数繰り返す。なお、この所定回数の溶液供給は所定間隔で行われるが、この所定間隔は供給後の溶液が半硬化状態になると次の供給が実行されるような間隔である。このような所定回数の溶液供給が行われると、図１６に示すように、所望の高さ及び幅の環状の壁Ｄ２（壁Ｄ１より高い）が形成され、凹部２３ａが溶液によって満たされる。なお、環状の壁Ｄ２の外径や幅は、第１の実施形態に係る環状の壁Ｂ１やＢ２に比べて大きくなっている。

ここまでの工程が所望の壁Ｄ２を形成する壁形成工程である。なお、凹部２３ａに供給された溶液Ｃ１内に対流を積極的に発生させて壁Ｄ１を高くするためには、第１の実施形態と同様、ホットプレートやヒータなどの加熱手段によって基材Ｗ及び塗布ヘッド４の両方又は一方を加熱し、基材Ｗ上の溶液や塗布ヘッド４内の溶液に熱を加えるようにしても良い。

次に、前述の壁形成工程後、図１６に示すように、環状の壁Ｄ２が凹部２３ａの周囲の絶縁層２３上に形成され、さらに、凹部２３ａが半硬化状態の溶液により満たれている状態で、基材Ｗの凹部２３ａに向けて塗布ヘッド４から溶液の液滴を吐出し、環状の壁Ｄ２から溢れ出さない量の溶液Ｃ３を凹部２３ａに供給する。これにより、図１７に示すように、溶液Ｃ３は環状の壁Ｄ２によってせき止められ、その環状の壁Ｄ２の間に溜められる。このため、その溶液Ｃ３は環状の壁Ｄ２を乗り越え、絶縁層２３上に溢れ出して広がることはない。このときの溶液Ｃ３は略半楕円球状（レンズの平凸形状）になっている。

その後、前述と同じように、溶液Ｃ３が徐々に乾燥していく過程（溶液Ｃ３の揮発性溶媒が揮発していく過程）において、凹部２３ａに供給された溶液Ａ３内で発生する対流は前述に比べ弱く、図１８に示すように、半楕円球状の溶液Ｃ３の形状は上部が略平坦な形状（又は上部中央がくぼんだ形状）になる。このとき、溶液Ｃ３と従前の溶液の互いの溶媒が混じり合い、溶液Ｃ３の溶質は従前の溶液の溶質上に積層されるように溜まることになる。なお、環状の壁Ｄ２の高さは維持されている。

所望の高さまで溶液を積層するため、図１９に示すように、溶液が流れ落ちない量の溶液Ｃ４を凹部２３ａ上に供給することを所定回数繰り返す。なお、この所定回数の溶液供給は所定間隔で行われるが、この所定間隔は供給後の溶液が半硬化状態になると次の供給が実行されるような間隔である。また、供給ごとに徐々に供給量を減らして、溶液が流れ落ちない量の溶液を供給する。このような所定回数の溶液供給が行われ、凹部２３ａを満たす溶液が半硬化状態となると、図２０に示すように、その半硬化状態の溶液は所望の大きさになっている。

壁形成工程後のここまでの工程が所望の高さまで積層を繰り返す積層工程である。なお、第１の実施形態と同様、この積層工程において溶液の供給回数（積層回数）を増やすことによって、一回の溶液供給量を少なくし、供給後の溶液内での対流発生を抑えることが可能となるので、希望する形状（例えば、上部が略平坦な形状あるいはくぼんだ形状）を得ることが容易となる。

最後に、壁形成工程及び積層工程後の基材Ｗをリフロー炉（リフロー装置）に入れ、基材Ｗ上の溶質を溶融させる。これにより、溶液内の溶媒が完全に揮発し、さらに、溶融した溶質が表面張力によって引き寄せられて一体となり（溶質の微粒子が合体する）、所望の高さ及び幅（所望のアスペクト比）を有する半円形状の導電性バンプ２４が形成される（図１２参照）。このとき、溶液に含まれる溶質が溶融したときの表面張力によって凹部２３ａの周囲から凹部２３ａ上に戻るため（セルフアライメント）、所望の高さ及び幅を有する半円形状の導電性バンプ２４を得ることが可能である。したがって、溶質の表面張力によるセルフアライメントによって、基材Ｗ上の溶質を集結させて正規の位置に導電性バンプ２４を形成することができる。

このような製造工程では、壁形成工程によって凹部２３ａの開口を囲む環状の壁Ｄ２が所望の高さ及び幅に形成され、積層工程によって環状の壁Ｄ２内の凹部２３ａ上に溶液が順次供給される。この積層工程では、環状の壁Ｄ２の内側に最初の溶液が滴下されたとき、その水平方向の流動が環状の壁Ｄ２によりせき止められ、その後、溶液は流れ落ちないように順次積層されていく。最後に、リフロー工程によって溶液内の溶質が溶融し、そのときの表面張力によって凹部２３ａの周囲から凹部２３ａ上まで戻って一体となり、導電性バンプ２４が凹部２３ａ上に形成される。このようにして溶液の積層が容易となり、所望の高さ及び幅を有する導電性バンプ２４を容易に形成することができる。さらに、積層工程の最初の溶液供給においては、例えば凹部２３ａの容量の二倍以上の液滴を滴下することも可能となり、スループットを短縮することができる。なお、第１の実施形態と同様、液滴の乾燥を促進するためにステージ２を加熱しながら溶液を滴下することも効果的である。また、溶液の粘度は３０ｍＰａ・ｓ以上であってその固形分がより多い方がタクト短縮につながる。

以上説明したように、第２の実施形態によれば、前述の第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、基材Ｗに形成された凹部２３ａに対し、その凹部２３ａの周囲の基材Ｗ上に溶液を溢れさせて環状の壁Ｄ１を形成する量であって、凹部２３ａから周囲に溢れ出して絶縁層２３の上に広がった溶液が、溶液に含まれる溶質が溶融したときの表面張力によって凹部２３ａの周囲から凹部２３ａ上に戻ることが可能な量の溶液を供給し、その後、凹部２３ａの周囲の基材Ｗ上に溶液による環状の壁Ｄ１又はＤ２が形成された状態で、その環状の壁Ｄ１又はＤ２から溢れ出さない量の溶液を凹部２３ａに供給することによって、所望の高さ及び幅（所望のアスペクト比）を有する導電性バンプ２４を形成することが可能となる。このため、製造工程として、基材Ｗにフラックスを塗布する工程とハンダボールを搭載する工程の２工程をリフロー工程前に必要とせず、塗布工程の１工程だけで良くなるため、製造工程数を抑えることができる。さらに、ペースト印刷やメッキ方式に比べ、マスクやリソグラフィ工程が不要であり、工程や装置が簡略化されるため、製造コストを抑えることができる。

なお、前述の第１又は第２の実施形態においては、溶液の液滴の着弾位置を凹部２３ａの底面の中央に設定しているが、これに限るものではなく、その中央位置から所定距離（例えば、数μｍ）だけずらした位置にしても良い。この所定距離は、液滴の直径が凹部２３ａの開口の直径以上である場合に、塗布ヘッド４の吐出孔１１ａから吐出されて基材Ｗに着弾する前の液滴の投影像と凹部２３ａの開口領域とが重ならない領域（空気逃げ領域）が存在するように設定されている。これにより、液滴が凹部２３ａに着弾するときに凹部２３ａの開口を塞ぐような状態が発生せず、凹部２３ａ内の空気は空気逃げ領域から外部に流出されるため、凹部２３ａ内に空気が残留することを抑止することが可能となる。このため、空気残留によるバンプ形状の悪化を抑え、所望の高さ及び幅を有する導電性バンプ２４を確実に形成することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

なお、上述の実施形態において、溶液は、導電性物質や分散剤などの溶質と、その溶質を溶解させる揮発性溶媒とにより構成されるものとしていたが、これに限らず、立体画像等を形成するために用いる他の溶質、溶媒によって構成される溶液であっても良い。この用途に用いた場合は、画像を正確に形成することができる。

また、上述の実施形態において、液滴塗布装置１は、凹部２３ａに対して溶液の液滴を吐出するときに、ステージ２の移動（塗布ヘッド４とステージ２との相対移動）を停止させても良いし、移動させたままでも良い。例えば、凹部２３ａに１滴で必要量の溶液を供給するときには、ステージ２を移動させたまま、凹部２３ａが塗布ヘッド４のノズル１１ａの下を通過するタイミングに合わせて当該ノズル１１ａから溶液を吐出させるようにすれば良いし、複数滴で必要量の溶液を供給するときには、凹部２３ａが塗布ヘッド４のノズル１１ａの真下に到達した時点でステージ２の移動を停止させ、当該ノズル１１ａから溶液を複数滴吐出させ、吐出が完了したら再びステージ２を移動させるようにしても良い。もっとも、凹部２３ａに１滴で必要量の溶液を供給するときでも、ステージ２の移動を停止させて溶液を吐出させるようにしても良い。

また、基材Ｗに設けられた各凹部２３ａ内に仮硬化状態の溶液を複数積層しているが、各層の形成は、機材Ｗ上の全ての凹部２３ａに１層目を形成する溶液を供給した後に、２層目を形成する溶液を供給するというように、基材Ｗ単位で１層ずつ形成するようにしても良いし、基材Ｗ上の凹部２３ａを複数個の凹部２３ａからなるいくつかのグループに分割し、そのグループ単位で１層ずつ形成するようにしても良い。仮硬化状態の溶液の層の形成を基材Ｗ単位で行うか、複数個の凹部２３ａからなるグループ単位で行うかは、凹部２３ａ内に供給された溶液が、積層に適した仮硬化状態に達するに要する時間に応じて決定すればよい。例えば、積層に適した仮硬化状態に数秒で達するのに対して、基材Ｗ上の全ての凹部２３ａに溶液を供給するには数十秒を要するのであれば、基材Ｗ上の凹部２３ａを前述した数秒間で溶液を供給可能な数のグループ単位に分け、そのグループ単位で壁形成工程及び積層工程を行うようにすれば良い。

さらに、塗布ヘッド４のノズル１１ａに同時に対向させることが可能な複数の凹部２３ａの単位で壁形成工程及び積層工程を行うようにしても良い。すなわち、基材Ｗ上に行列状に形成された凹部２３ａのうち、１列目に位置する凹部２３ａを塗布ヘッド４のノズル１１ａ列の下に位置付けるようにステージ２を移動させ、この位置においてノズル１１ａの直下に位置する複数の凹部２３ａに対して壁形成工程及び積層工程を行い、その後、２列目に位置する凹部２３ａを塗布ヘッド４のノズル１１ａ列の下に位置付けるようにステージ２を移動させ、１列目と同様に、ノズル１１ａの直下に位置する複数の凹部２３ａに対して壁形成工程及び積層工程を行うという具合である。

また、上述した実施形態において、溶液の乾燥は、溶液中から完全に揮発性溶媒が蒸発した状態ではなく、揮発性溶媒を含んでいる状態であって流動が停止している半硬化状態とするように行うものとしたが、これに限られるものではなく、揮発性溶媒が完全に蒸発した状態としてもよく、要は、凹部２３ａの周囲に溶液の壁が形成され、そして、壁形成工程及び積層工程後のリフロー工程において、溶融した溶質が表面張力によって一体となることが可能であれば良い。

１液滴塗布装置
４塗布ヘッド
５制御部
２３ａ凹部
Ｂ１壁
Ｂ２壁
Ｄ１壁
Ｄ２壁
Ｗ基材

Claims

塗布対象物に形成された凹部に向け、塗布液の液滴を吐出する塗布部と、
前記凹部の容量より多い量の塗布液を前記凹部に供給し、この供給された塗布液が前記凹部の周囲の前記塗布対象物上で環状の壁を形成するように前記塗布液が乾燥した状態で、その環状の壁から溢れ出さない量の塗布液を前記凹部に供給するように前記塗布部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする液滴塗布装置。
前記制御部は、前記環状の壁から溢れ出さない量の塗布液を前記凹部に供給することを繰り返すように前記塗布部を制御することを特徴とする請求項１に記載の液滴塗布装置。
前記塗布対象物は、半導体ウェーハであり、前記塗布液は、導電性物質及び揮発性溶媒を含むことを特徴とする請求項２に記載の液滴塗布装置。
前記凹部の容量より多い量は、前記凹部の周囲の前記半導体ウェーハ上に前記塗布液を溢れさせて前記環状の壁を形成する量であって、前記塗布液に含まれる導電性物質が溶融したときの表面張力によって、前記壁を形成する前記塗布液に含まれる導電性物質が、前記凹部の周囲から前記凹部上に戻ることが可能な量であることを特徴とする請求項３に記載の液滴塗布装置。
塗布対象物に形成された凹部に向け、塗布液の液滴を吐出する塗布部を用いて、前記凹部の容量より多い量の塗布液を前記凹部に供給する工程と、
前記凹部に供給された塗布液が前記凹部の周囲の前記塗布対象物上で環状の壁を形成するように前記塗布液を乾燥させる工程と、
前記凹部の周囲の前記塗布対象物上に前記塗布液による環状の壁が形成された状態で、前記塗布部を用いて前記環状の壁から溢れ出さない量の塗布液を前記凹部に供給する工程と、
を有することを特徴とする液滴塗布方法。
前記環状の壁から溢れ出さない量の塗布液を前記凹部に供給する工程を繰り返すことを特徴とする請求項５に記載の液滴塗布方法。
前記塗布対象物は、半導体ウェーハであり、前記塗布液は、導電性物質及び揮発性溶媒を含むことを特徴とする請求項６に記載の液滴塗布方法。
前記凹部の容量より多い量は、前記凹部の周囲の前記半導体ウェーハ上に前記塗布液を溢れさせて前記環状の壁を形成する量であって、前記塗布液に含まれる導電性物質が溶融したときの表面張力によって、前記壁を形成する前記塗布液に含まれる導電性物質が、前記凹部の周囲から前記凹部上に戻ることが可能な量であることを特徴とする請求項７に記載の液滴塗布方法。