JP5062763B2 - Fine metal bump forming apparatus and forming method - Google Patents
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Description
本発明は、微細金属バンプの形成装置及び形成方法に関し、特に基板の一面側に形成された金属配線の所定箇所に微細な錐形状の金属バンプを形成する微細金属バンプの形成方法に関する。 The present invention relates to a fine metal bump forming apparatus and method, and more particularly to a fine metal bump forming method for forming a fine cone-shaped metal bump at a predetermined location of a metal wiring formed on one surface of a substrate.
従来、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイス等の電子部品では、樹脂やセラミック等からなる基板の一面に形成された銅配線パターンの各端部に、他の電子部品とのフリップチップ接続のために、金属バンプが用いられている。
従来の金属バンプとしては、例えば図7(a)に示す球状の所謂半田バンプ51が用いられている。しかしながら、この半田バンプ51を用いる場合、半田融点が200℃近くの高温であるため、チップへの熱的ダメージが生じる、或いは、半田バンプ51を介して接続した際に、図示するように隣り合うバンプ同士が接触し、短絡状態となる虞があった。さらには、この半田バンプ51の形成にあっては、その微細化が困難であるという課題があった。
Conventionally, in an electronic component such as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) device, each end of a copper wiring pattern formed on one surface of a substrate made of resin, ceramic, or the like is used for flip chip connection with other electronic components. Metal bumps are used.
As a conventional metal bump, for example, a spherical so-called solder bump 51 shown in FIG. 7A is used. However, when this solder bump 51 is used, since the solder melting point is a high temperature close to 200 ° C., thermal damage to the chip occurs, or when connected via the solder bump 51, they are adjacent as shown in the figure. There was a possibility that the bumps would come into contact with each other, resulting in a short circuit state. Furthermore, in forming the solder bump 51, there is a problem that it is difficult to reduce the size.
前記半田バンプ以外では、図7(b)に示すような柱状バンプ52も用いられている。しかしながら、この柱状バンプ52の場合、全てのバンプ高さを一致させないと、一部のバンプが高荷重接合となり、チップへの機械的ダメージが生じる、或いは、接続不良が生じて信頼性が低下するという課題があった。 In addition to the solder bumps, columnar bumps 52 as shown in FIG. 7B are also used. However, in the case of the columnar bumps 52, if all the bump heights are not matched, some bumps are subjected to high-load bonding, resulting in mechanical damage to the chip or poor connection due to poor connection. There was a problem.
このような課題に対し、近年では、図8(a)に示すように先細り状の金属バンプ(以下、錐形状バンプ30と呼ぶ)が注目されている。
この錐形状バンプ30を用いる場合、バンプ高さにばらつきがあったとしても、接合時にバンプ先端が潰れやすいため、図8(b)に示す接合状態では、高さばらつきが吸収され、確実に接続することができる。さらには、チップに対し低温/低荷重接合が可能であり、狭ピッチであっても、接合時にバンプが大きく膨らむことがないため、短絡の発生を防止することができる。
In recent years, as shown in FIG. 8A, a tapered metal bump (hereinafter referred to as a cone-shaped bump 30) has attracted attention for such a problem.
When this conical bump 30 is used, even if there is a variation in bump height, the tip of the bump is liable to be crushed at the time of bonding. Therefore, in the bonding state shown in FIG. can do. Furthermore, low-temperature / low-load bonding is possible with respect to the chip, and even when the pitch is narrow, the bumps do not swell greatly during bonding, so that a short circuit can be prevented from occurring.
ところで、本願出願人等は、ガスデポジション法(GD法)を用い、基板の一面側に形成された金属部材の所定箇所に微細な錐形状バンプを安定して工業的に形成し得る微細金属バンプの形成方法を特許文献1に開示した。GD法とは、不活性ガス中で試料を蒸発させ、ナノサイズの微粒子を生成し、不活性ガスをキャリアガスとして高速で基板へ衝突させて成膜する蒸着技術である。 By the way, the applicant of the present application uses a gas deposition method (GD method), and a fine metal that can stably and industrially form a fine cone-shaped bump at a predetermined portion of a metal member formed on one side of a substrate. A method of forming bumps is disclosed in Patent Document 1. The GD method is a vapor deposition technique in which a sample is evaporated in an inert gas, nano-sized fine particles are generated, and an inert gas is used as a carrier gas to collide with a substrate at high speed.
特許文献1に開示されるGD法では、図9の模式図に示すように、所定の気圧(例えばHeガス1気圧程度)下のナノ粒子生成室60において、ルツボ61中でバンプ材料として例えばAu金属を溶融する。そして、Au金属を蒸発させ、ルツボ61の上方でHeガスによって急冷し、これにより金属微粒子であるAuナノ粒子を生成する。生成されたAuナノ粒子は、先端にノズル62を有する搬送管63を経由して、上方に配置された真空状態の成膜室65に向けて垂直方向にキャリアガス(ヘリウムガス)によってノズル噴射される。
一方、前記成膜室65では、1次元方向(Y方向)に往復スキャン移動可能な板状のステージ66が設けられ、このステージ66の下面にバンプ形成するSi基板のチップ70(Siチップ70)が処理面を下方に向けて固定される。
In the GD method disclosed in Patent Document 1, as shown in the schematic diagram of FIG. 9, for example, Au is used as a bump material in the crucible 61 in the nanoparticle generation chamber 60 under a predetermined atmospheric pressure (for example, about 1 atmosphere of He gas). Melt the metal. Then, the Au metal is evaporated and quenched with He gas above the crucible 61, thereby generating Au nanoparticles which are metal fine particles. The generated Au nanoparticles are nozzle-jetted by a carrier gas (helium gas) in a vertical direction toward a vacuum film forming chamber 65 disposed above via a transfer pipe 63 having a nozzle 62 at the tip. The
On the other hand, in the film forming chamber 65, a plate-like stage 66 capable of reciprocating scanning movement in a one-dimensional direction (Y direction) is provided, and a Si substrate chip 70 (Si chip 70) on which a bump is formed on the lower surface of the stage 66. Is fixed with the processing surface facing downward.
Siチップ70は、例えば図10(a)にその断面図を示すように、絶縁層としての酸化膜(SiO2)71が成膜された基板72の一面側において、金属配線パターン73上にフォトレジストのパターン74が形成されている。即ち、このレジストパターン74上に、前記Auナノ粒子がキャリアガスと共に噴射される。
Siチップ70において、レジストパターン74によって形成された凹部75(配線パターンの露出面)及びレジスト表面上には、図10(b)、(c)に時系列に示すようにAuナノ粒子76が徐々に堆積する。Auナノ粒子76の堆積が進むと、その堆積部分はレジストパターン74上の凹部75の出口角部75aから徐々に大きく迫り出し、それに伴い凹部75の開口が小さくなる。このため、配線パターン73(凹部75)の露出面上に堆積するAuナノ粒子76は先細り形状、即ち錐形形状に近づく。
For example, as shown in the cross-sectional view of FIG. 10A, the Si chip 70 is formed on a metal wiring pattern 73 on one surface side of a substrate 72 on which an oxide film (SiO 2 ) 71 as an insulating layer is formed. A resist pattern 74 is formed. That is, the Au nanoparticles are sprayed on the resist pattern 74 together with the carrier gas.
In the Si chip 70, Au nanoparticles 76 are gradually formed on the recess 75 (exposed surface of the wiring pattern) formed by the resist pattern 74 and on the resist surface, as shown in time series of FIGS. 10B and 10C. To deposit. As the deposition of the Au nanoparticles 76 proceeds, the deposited portion gradually protrudes from the exit corner 75a of the recess 75 on the resist pattern 74, and the opening of the recess 75 decreases accordingly. For this reason, the Au nanoparticle 76 deposited on the exposed surface of the wiring pattern 73 (concave portion 75) approaches a tapered shape, that is, a conical shape.
そして、レジストパターン74上の凹部75の出口角部75aから迫り出したAuナノ粒子76は、最後には図10(d)に示すように凹部75を塞ぐ状態となり、その後レジストパターン74を基板72上から剥離することにより、図10(e)に示すように配線パターン73上に形成された錐形状バンプ30を得ることができる。 Then, the Au nanoparticles 76 protruding from the exit corner 75a of the recess 75 on the resist pattern 74 finally close the recess 75 as shown in FIG. 10D, and then the resist pattern 74 is attached to the substrate 72. By peeling from above, the conical bumps 30 formed on the wiring pattern 73 can be obtained as shown in FIG.
ところで、このようなバンプ形成方法にあっては、レジストパターン74上へのAuナノ粒子の成膜(堆積)処理中において、Siチップ70の温度が急上昇し、レジストパターン74の温度がその耐熱温度以上となり、図11に示すように前記凹部75の出口角部75aにダレが生じて丸い形状となる場合があった。そして、そのように凹部75の出口角部が丸い形状となると、図示するように配線パターン73上に堆積されるAuナノ粒子76とレジストパターン74上に堆積されるAuナノ粒子76とが最終的に接触して連結され、レジストパターン74の基板からの分離が困難となるという課題があった。 By the way, in such a bump forming method, during the film formation (deposition) process of Au nanoparticles on the resist pattern 74, the temperature of the Si chip 70 rises rapidly, and the temperature of the resist pattern 74 becomes the heat resistant temperature. Thus, as shown in FIG. 11, there is a case where the outlet corner 75a of the recess 75 is sag and becomes round. And when the exit corner | angular part of the recessed part 75 becomes a round shape in such a way, the Au nanoparticle 76 deposited on the wiring pattern 73 and the Au nanoparticle 76 deposited on the resist pattern 74 will be finally shown as shown in the figure. There is a problem that it is difficult to separate the resist pattern 74 from the substrate.
そのような課題に対し、本願出願人等は、特許文献1において、前記凹部75における出口角部75aのダレを防止し、その出口角部75aの角張った直角形状を維持するために、図12(a)の平面図、図12(b)の側面図に示すように、ヒートシンクとしての金属板80を基板81下に設け、基板81を冷却することによって、基板81上でホールパターン82を形成するレジストパターン83を耐熱温度未満とする方法を開示した。
しかしながら、特許文献1に開示したバンプ形成方法のように、ヒートシンクとしての金属板80上に、単に基板81を載置するだけでは、MEMSデバイスに適用可能な直径数十μmサイズ(例えば30μm程度)のバンプ形成に対応できない虞があった。
即ち、数十μmのバンプ形成にあっては、レジストパターンの膜を厚く形成する必要があるために、レジストパターンの容積が大きくなって金属板80への放熱作用が低下し、基板温度を十分に低く維持できなかった。
そのため、前記レジスト凹部75の出口角部75aがダレて丸くなり、金属配線パターン上に堆積した金属微粒子とレジストパターン上に堆積した金属微粒子とが接触して連結され、レジストパターンを基板から剥離できないという課題があった。
However, just by placing the substrate 81 on the metal plate 80 as a heat sink as in the bump forming method disclosed in Patent Document 1, the diameter is several tens of μm (for example, about 30 μm) applicable to a MEMS device. There was a possibility that it could not cope with the bump formation.
In other words, when forming bumps of several tens of μm, it is necessary to form a thick resist pattern film, so that the resist pattern volume is increased and the heat radiation action to the metal plate 80 is reduced, and the substrate temperature is sufficiently increased. Could not be kept low.
Therefore, the exit corner portion 75a of the resist recess 75 is rounded and rounded, and the metal fine particles deposited on the metal wiring pattern and the metal fine particles deposited on the resist pattern are connected in contact with each other, so that the resist pattern cannot be peeled off from the substrate. There was a problem.
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、基板の一面側に形成された金属部材の所定箇所に、ガスデポジション法により金属粒子を堆積させ、微細な金属バンプを形成する微細金属バンプの形成装置及び形成方法において、バンプサイズに依らず基板温度の過昇温を抑制し、容易且つ効率的に基板上に錐形状バンプを形成することのできる微細金属バンプの形成装置及び形成方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made under the circumstances as described above, and deposits metal particles on a predetermined portion of a metal member formed on one side of a substrate by a gas deposition method to form fine metal bumps. Apparatus for forming fine metal bumps and forming method for fine metal bumps capable of easily and efficiently forming conical bumps on a substrate by suppressing excessive temperature rise of the substrate temperature regardless of the bump size And it aims at providing the formation method.
前記した課題を解決するために、本発明に係る微細金属バンプの形成装置は、一面側に形成された金属配線を覆うマスク層に前記金属配線の所定箇所が露出するホールパターンが形成された基板を保持する基板保持手段と、前記基板保持手段により保持された前記基板の一面側に対し、金属を蒸発して得られる金属微粒子をキャリアガスと共にノズルから噴射する金属微粒子噴射手段とを備え、前記金属微粒子噴射手段によって噴射された金属微粒子を前記金属配線の所定箇所に堆積させ、ガスデポジション法によって錐形状の金属バンプを形成する微細金属バンプの形成装置であって、前記基板保持手段は、前記基板の下面よりも大きい寸法形状に形成され、前記基板をその他面側から保持する金属製の熱放射板からなる冷却部材と、前記基板と前記冷却部材との間に介設され、可撓性を有する熱伝導性シートと、前記基板の一面側の周縁部を押圧した状態で、前記基板を前記冷却部材に固定すると共に、少なくとも前記基板の一面側の周縁部と前記冷却部材とに対し面接触する金属製の熱放射部材からなる固定部材とを有することに特徴を有する。
尚、前記熱伝導シートは、In(インジウム)により形成されたシートであることが望ましい。
In order to solve the above-described problems, a fine metal bump forming apparatus according to the present invention is a substrate in which a hole pattern in which a predetermined portion of the metal wiring is exposed is formed on a mask layer covering the metal wiring formed on one side. Substrate holding means for holding the metal fine particle injection means for jetting metal fine particles obtained by evaporating metal from a nozzle together with a carrier gas to one surface side of the substrate held by the substrate holding means, A fine metal bump forming apparatus for depositing metal fine particles ejected by a metal fine particle ejecting means at a predetermined position of the metal wiring and forming a cone-shaped metal bump by a gas deposition method, wherein the substrate holding means is is formed in a larger size shape the lower surface of the substrate made of a metal heat radiating plate for holding the substrate from other side a cooling member, wherein It is interposed between the plate and the cooling member, a thermally conductive sheet having flexibility, while pressing the peripheral portion of one surface of the substrate, together with fixing the substrate to the cooling member, at least It has the characteristic that it has the fixing member which consists of a metal thermal radiation member which surface-contacts with the peripheral part of the one surface side of the said board | substrate, and the said cooling member .
The heat conductive sheet is preferably a sheet formed of In (indium).
このような構成により、前記ホールパターンへの金属微粒子の成膜処理中において、基板が有する熱を、Inシートのような密着性が高い熱伝導部材を介して冷却部材に効率よく逃がすことができる。さらには、固定部材が基板周縁部に面接触するため、基板周縁部における上面及び側面からも基板の熱を冷却部材に逃がすことができる。
このため、直径数十μmの錐形状バンプ形成に必要な、容積の大きいレジストパターンを形成した場合であっても、基板の過昇温を抑制することができる。
即ち、金属微粒子の成膜処理中において、ホールパターンの縁(凹部出口角部)の形状を角張った形状に維持し、マスク層(レジストパターン)の基板への過度の密着を抑制することができる。したがって、金属微粒子の成膜処理後にマスク層を容易に剥離し、直径数十μmの錐形状バンプを確実に得ることができる。
With such a configuration, the heat of the substrate can be efficiently released to the cooling member through the heat conductive member having high adhesion such as an In sheet during the film formation process of the metal fine particles on the hole pattern. . Furthermore, since the fixing member comes into surface contact with the peripheral edge of the substrate, the heat of the substrate can be released to the cooling member also from the upper surface and side surfaces of the peripheral edge of the substrate.
For this reason, even when a resist pattern having a large volume necessary for forming a cone-shaped bump having a diameter of several tens of μm is formed, an excessive temperature rise of the substrate can be suppressed.
That is, during the film forming process of the metal fine particles, the shape of the edge of the hole pattern (the recess exit corner) can be maintained in an angular shape, and excessive adhesion of the mask layer (resist pattern) to the substrate can be suppressed. . Therefore, the mask layer can be easily peeled off after forming the metal fine particles, and a cone-shaped bump having a diameter of several tens of μm can be reliably obtained.
また、前記基板保持手段はさらに、前記基板の側方において前記冷却部材に保持され、前記冷却部材に対し断熱手段を有する予備基板を有することが望ましい。
このように冷却部材に対して断熱手段を有する予備基板を設けることにより、事前にノズルからの金属微粒子の噴射を行って、その堆積状況に問題ないかを確認でき、その後、バンプ形成を行う基板に対し金属微粒子の成膜工程を実施することができる。
In addition, it is preferable that the substrate holding unit further includes a spare substrate that is held by the cooling member at a side of the substrate and has a heat insulating unit with respect to the cooling member.
In this way, by providing a preliminary substrate having heat insulating means for the cooling member, it is possible to confirm whether there is no problem in the deposition state by injecting metal fine particles from the nozzle in advance, and then perform bump formation On the other hand, a film forming process of metal fine particles can be performed.
また、錐形状バンプを複数形成する場合において、本発明に係る微細金属バンプの形成方法は、一面側に形成された金属配線を覆うマスク層に前記金属配線の所定箇所が露出するホールパターンが形成された基板を保持する基板保持手段と、前記基板保持手段により保持された前記基板の一面側に対し、金属を蒸発して得られる金属微粒子をキャリアガスと共にノズルから噴射する金属微粒子噴射手段とを備え、前記基板保持手段は、前記基板の下面よりも大きい寸法形状に形成され、前記基板をその他面側から保持する金属製の熱放射板からなる冷却部材と、前記基板と前記冷却部材との間に介設され、可撓性を有する熱伝導性シートと、前記基板の一面側の周縁部を押圧した状態で、前記基板を前記冷却部材に固定すると共に、少なくとも前記基板の一面側の周縁部と前記冷却部材とに対し面接触する金属製の熱放射部材からなる固定部材とを有する微細金属バンプの形成装置を用い、前記金属微粒子噴射手段によって噴射された金属微粒子を前記金属配線の所定箇所に堆積させ、ガスデポジション法によって複数の錐形状の金属バンプを形成する微細金属バンプの形成方法であって、前記基板上のマスク層において、複数の前記ホールパターンを一列に形成し、前記ノズルの中心軸が前記ホールパターンの中心に一致するよう位置合わせを行い、前記ノズルの中心軸が前記ホールパターンの中心を通過するように、前記複数のホールパターンが形成された列に沿って、相対的に前記ノズルをスキャン移動し、各ホールパターンに向けて前記金属微粒子をキャリアガスと共に前記ノズルから噴射し、前記金属微粒子を前記金属配線の所定箇所に堆積させることに特徴を有する。
また、前記ノズルの相対的なスキャン移動距離は、前記複数のホールパターンが形成された一列の一端部のホールパターンと他端部のホールパターンの中心間距離となされることが望ましい。
このように複数のホールパターンに対し、相対的にノズルをスキャン移動させることによって、高速に効率よく複数の錐形状バンプを得ることができる。
In addition, when a plurality of conical bumps are formed, the fine metal bump forming method according to the present invention forms a hole pattern in which a predetermined portion of the metal wiring is exposed on a mask layer covering the metal wiring formed on one side. Substrate holding means for holding the formed substrate, and metal fine particle injection means for injecting metal fine particles obtained by evaporating metal from a nozzle together with a carrier gas to one side of the substrate held by the substrate holding means. The substrate holding means is formed in a size and shape larger than the lower surface of the substrate, and includes a cooling member made of a metal heat radiation plate for holding the substrate from the other surface side, and the substrate and the cooling member. The substrate is fixed to the cooling member in a state where the heat conductive sheet having flexibility and the peripheral portion on the one surface side of the substrate are pressed, and at least Metal ejected by the metal fine particle ejecting means using a fine metal bump forming device having a peripheral part on one side of the substrate and a fixing member made of a metal heat radiation member in surface contact with the cooling member A method for forming fine metal bumps, in which fine particles are deposited at predetermined positions of the metal wiring, and a plurality of conical metal bumps are formed by a gas deposition method, wherein a plurality of the hole patterns are formed in a mask layer on the substrate. Are aligned so that the center axis of the nozzle coincides with the center of the hole pattern , and the plurality of hole patterns are formed so that the center axis of the nozzle passes through the center of the hole pattern. The nozzles are relatively moved along the line, and the metal fine particles are forwarded together with the carrier gas toward the hole patterns. It injected from the nozzle, having the features of the fine metal particles to be deposited in a predetermined position of the metal wiring.
In addition, it is preferable that the relative scanning movement distance of the nozzle is a distance between centers of the hole pattern at one end and the hole pattern at the other end in a row in which the plurality of hole patterns are formed.
As described above, the plurality of cone-shaped bumps can be efficiently obtained at high speed by moving the nozzles relative to the plurality of hole patterns.
本発明によれば、基板の一面側に形成された金属部材の所定箇所に、ガスデポジション法により金属粒子を堆積させ、微細な金属バンプを形成する微細金属バンプの形成装置及び形成方法において、バンプサイズに依らず基板温度の過昇温を抑制し、容易且つ効率的に基板上に錐形状バンプを形成することのできる微細金属バンプの形成装置及び形成方法を得ることができる。 According to the present invention, in a fine metal bump forming apparatus and method for forming fine metal bumps by depositing metal particles by a gas deposition method on a predetermined portion of a metal member formed on one side of a substrate, It is possible to obtain an apparatus and a method for forming a fine metal bump that can suppress the excessive temperature rise of the substrate temperature regardless of the bump size and can easily and efficiently form the cone-shaped bump on the substrate.
以下、本発明に係る微細金属バンプの形成装置及び形成方法の実施形態について説明する。尚、本発明の微細金属バンプの形成装置にあっては、ガスデポジション法を実施する装置構成として、図9に示した同様の構成を用いることができる。そのため、以下の説明においては、図9と同一の機能を果たすものは同一の符号を用いる。
図1は、本発明のバンプ形成装置において先細り状の錐形状バンプが形成されるSiチップを保持するヒートシンク基板(基板保持手段)の構成を示す斜視図である。このヒートシンク基板1は、図9に示すSiチップ70に替えて配置される。
ヒートシンク基板1は、金属製の熱放射板からなる冷却基板2(冷却部材)と、この冷却基板2の下面に載置されるSiチップ10(基板)を冷却基板2に対し固定するためのチップ固定治具3(固定部材)とを有する。前記チップ固定治具3は、前記冷却基板本体2に対し、例えばボルト5を用いて締結されるように構成されている。
Embodiments of a fine metal bump forming apparatus and forming method according to the present invention will be described below. In the fine metal bump forming apparatus of the present invention, the same structure as shown in FIG. 9 can be used as the apparatus structure for performing the gas deposition method. Therefore, in the following description, the same reference numerals are used for the same functions as those in FIG.
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a heat sink substrate (substrate holding means) for holding an Si chip on which a tapered cone-shaped bump is formed in the bump forming apparatus of the present invention. The heat sink substrate 1 is arranged in place of the Si chip 70 shown in FIG.
The heat sink substrate 1 is a chip for fixing a cooling substrate 2 (cooling member) made of a metal heat radiation plate and an Si chip 10 (substrate) mounted on the lower surface of the cooling substrate 2 to the cooling substrate 2. And a fixing jig 3 (fixing member). The chip fixing jig 3 is configured to be fastened to the cooling substrate body 2 using, for example, bolts 5.
冷却基板2は、その容積が、Siチップ10が有する熱を十分に吸収可能な大きさであり、例えばAuめっき処理が施されたCu板により形成されている。
ここでSiチップ10は、略同サイズの可撓性の熱伝導性シート、具体的には、In(インジウム)シート4を介して冷却基板2に対し密着され、チップ固定治具3により固定される。このInシート4は、可撓性に優れた柔らかい部材であるため、Siチップ10と冷却基板2とのそれぞれに対し隙間無く密着させることができる。このため、Siチップ10から冷却基板2への熱伝導率を向上することができる。
尚、熱伝導性シートとしては、このInシート4が望ましいが、これに替えて、Au、Ag、Cuなどの可撓性を有するシートを用いてもよい。
The cooling substrate 2 has a volume that can sufficiently absorb the heat of the Si chip 10 and is formed of, for example, a Cu plate subjected to Au plating.
Here, the Si chip 10 is brought into close contact with the cooling substrate 2 via a flexible heat conductive sheet of substantially the same size, specifically, an In (indium) sheet 4, and is fixed by the chip fixing jig 3. The Since the In sheet 4 is a soft member having excellent flexibility, the In sheet 4 can be in close contact with the Si chip 10 and the cooling substrate 2 without any gap. For this reason, the thermal conductivity from the Si chip 10 to the cooling substrate 2 can be improved.
The In sheet 4 is desirable as the heat conductive sheet, but a flexible sheet such as Au, Ag, or Cu may be used instead.
また、前記チップ固定治具3は、金属製の熱放射部材、例えば、Auめっき処理が施されたCu部材からなり、図示するように、その中央部分がSiチップ10の外周形状に対応してコの字型にくり抜かれ、チップ取付部3aを形成している。また、そのコの字型形状の内周縁部には、Siチップ10の外周縁部を係止可能な鉤部3bが形成されている。
このチップ固定治具3によりSiチップ10を固定する場合、Siチップ10と冷却基板2との間にInシート4を介し、さらにSiチップ10をチップ取付部3aに配置する。これにより、前記鉤部3bがSiチップ10の一面側(被処理面側)の周縁部に係止する。
Further, the chip fixing jig 3 is made of a metal heat radiating member, for example, a Cu member that has been subjected to Au plating processing, and its central portion corresponds to the outer peripheral shape of the Si chip 10 as shown in the figure. The chip attachment portion 3a is formed by being cut out in a U shape. Further, a flange 3b capable of locking the outer peripheral edge of the Si chip 10 is formed on the inner peripheral edge of the U-shaped shape.
When the Si chip 10 is fixed by the chip fixing jig 3, the Si chip 10 is further disposed on the chip mounting portion 3 a via the In sheet 4 between the Si chip 10 and the cooling substrate 2. Thereby, the said collar part 3b latches to the peripheral part of the one surface side (to-be-processed surface side) of Si chip | tip 10. FIG.
そして、ボルト5でチップ固定治具3を冷却基板2に固定することにより、Inシート4はSiチップ10及び冷却基板2に対しそれぞれ密着し、Siチップ10と冷却基板2との間には隙間が無い状態となる。
また、チップ固定治具3の鉤部3bがSiチップ10の周縁部に係止することにより、チップ固定治具3は、少なくともSiチップ10の一面側の周縁部と冷却基板2とに面接触する。
これにより、Siチップ10が有する熱は、チップ固定治具3との接触面からも逃がすことができ、さらにチップ固定治具3から冷却基板2に熱伝導させることができる。
したがって、Siチップ10が有する熱は、その裏面(冷却基板本体2側に臨む面)及び周縁部から冷却基板2に伝導するため、効率よくSiチップ10の熱を低下させ、その過昇温を抑制することができる。
Then, by fixing the chip fixing jig 3 to the cooling substrate 2 with the bolt 5, the In sheet 4 is in close contact with the Si chip 10 and the cooling substrate 2, and there is a gap between the Si chip 10 and the cooling substrate 2. There will be no state.
Further, since the flange portion 3b of the chip fixing jig 3 is locked to the peripheral edge portion of the Si chip 10, the chip fixing jig 3 is in surface contact with at least the peripheral edge portion on one surface side of the Si chip 10 and the cooling substrate 2. To do.
As a result, the heat of the Si chip 10 can be released from the contact surface with the chip fixing jig 3, and can be further conducted from the chip fixing jig 3 to the cooling substrate 2.
Therefore, the heat of the Si chip 10 is conducted to the cooling substrate 2 from the back surface (surface facing the cooling substrate main body 2 side) and the peripheral portion, so that the heat of the Si chip 10 is efficiently reduced, and the excessive temperature rise is caused. Can be suppressed.
また、ヒートシンク基板1は、Siチップ10の固定位置近傍において、被処理面がSiチップ10の一面側(被処理面側)と同一方向に臨む状態で設けられ、冷却基板2に対し断熱手段としての固定棒11aにより固定された予備基板11を有する。
この予備基板11は、Siチップ10への成膜処理前に、その被処理面にノズルからAuナノ粒子を噴射し、その堆積状況を観察する予備試験を行うために設けられている。それにより、より確実なバンプ形成を実現することができる。
尚、固定棒11aは、例えば熱伝導率が低いステンレス鋼により形成することができ、それにより予備試験時に昇温した予備基板11の熱がSiチップ10に伝導し難い構成となされている。
Further, the heat sink substrate 1 is provided in a state where the surface to be processed faces in the same direction as one surface side (the surface to be processed) of the Si chip 10 in the vicinity of the fixing position of the Si chip 10. The auxiliary substrate 11 is fixed by a fixed rod 11a.
The preliminary substrate 11 is provided for performing a preliminary test for injecting Au nanoparticles from a nozzle onto the surface to be processed and observing the deposition state before the film formation process on the Si chip 10. Thereby, more reliable bump formation can be realized.
Note that the fixing rod 11a can be formed of, for example, stainless steel having low thermal conductivity, so that the heat of the preliminary substrate 11 raised in temperature during the preliminary test is difficult to conduct to the Si chip 10.
このような構成のヒートシンク基板1に固定されるSiチップ10は、例えば、所定厚さ(例えば380μm)、所定サイズ(例えば7.5mm角)のSiウエハ上に絶縁用SiO2膜(例えば300nm膜厚)が成膜され、その上にAu(例えば500nm)/Ti薄膜(例えば20nm)のパッドが形成されている。さらに、前記パッド上には錐形状バンプを形成するためのマスク層であるフォトレジスト(例えば30.5μm膜厚)が成膜されており、そのレジストパターンにあっては、バンプ形成される凹部であるホールパターン(例えば直径30μm)が、パッド位置(例えば60μmピッチ)に合わせ、例えば一列に複数形成されている。 The Si chip 10 fixed to the heat sink substrate 1 having such a configuration is, for example, an insulating SiO 2 film (for example, a 300 nm film) on a Si wafer having a predetermined thickness (for example, 380 μm) and a predetermined size (for example, 7.5 mm square). (Thickness) is formed, and an Au (for example, 500 nm) / Ti thin film (for example, 20 nm) pad is formed thereon. Further, a photoresist (for example, a film thickness of 30.5 μm), which is a mask layer for forming a cone-shaped bump, is formed on the pad. In the resist pattern, a bump is formed in a concave portion. A certain hole pattern (for example, 30 μm in diameter) is formed in a plurality of lines, for example, in line with the pad position (for example, 60 μm pitch).
Siチップ10が固定された前記ヒートシンク基板1は、既に図9で説明した同様の装置構成において、真空状態(例えば0.3Pa)となされた成膜室65のステージ66の下面に固定される(前記のように、図9のSiチップ70に替えて配置される)。
ステージ66は、少なくとも一方向(Y方向)に往復移動(スキャン移動)可能に設けられており、ヒートシンク基板1がステージ66に固定された状態で、Siチップ10のバンプ形成面が下方に臨むと共に、ステージ66のスキャン方向と前記複数形成されたホールパターンの列とが一致するようになされる。
次いで、ノズル62の先端(例えば先端内径500μm)とチップ10の端部とをCCDカメラ等を介してモニタリングし、ノズル中心軸がレジストパターンのホール中心に一致するよう(スキャン時にノズル中心軸が全てのホールパターン中心を通過するよう)アラインメント作業を行う。
The heat sink substrate 1 to which the Si chip 10 is fixed is fixed to the lower surface of the stage 66 of the film forming chamber 65 in a vacuum state (for example, 0.3 Pa) in the same apparatus configuration already described in FIG. As described above, it is arranged in place of the Si chip 70 of FIG.
The stage 66 is provided so as to be capable of reciprocating (scanning) in at least one direction (Y direction). With the heat sink substrate 1 fixed to the stage 66, the bump forming surface of the Si chip 10 faces downward. The scanning direction of the stage 66 coincides with the plurality of hole pattern columns formed.
Next, the tip of the nozzle 62 (for example, the tip inner diameter 500 μm) and the end of the chip 10 are monitored via a CCD camera or the like so that the nozzle center axis coincides with the hole center of the resist pattern. Alignment work to pass through the center of the hole pattern.
一方、真空引きされたAuナノ粒子生成室60(例えば2×10_2Pa)において、所定温度(例えば1550℃)のルツボ61にAuを溶融し、ルツボ61から蒸発させて、その上方でHeガス(例えば供給流量が30L/min以上)によって急冷し、これによりAuナノ粒子を生成する。
また、生成されたAuナノ粒子は、搬送管63により成膜室65に搬送され、所定温度(例えば300℃程度)に加熱されたノズル62から前記Siチップ10に向けて噴射される。このようにAuナノ粒子を生成するAuナノ粒子生成室60の装置構成及びノズル62により金属微粒子噴射手段が構成される。
On the other hand, in the vacuumed Au nanoparticle production chamber 60 (for example, 2 × 10 _2 Pa), Au is melted in the crucible 61 at a predetermined temperature (for example, 1550 ° C.), evaporated from the crucible 61, and the He gas above the (For example, the supply flow rate is 30 L / min or more) and quenching, thereby generating Au nanoparticles.
The generated Au nanoparticles are transported to the film forming chamber 65 by the transport pipe 63 and are sprayed toward the Si chip 10 from the nozzle 62 heated to a predetermined temperature (for example, about 300 ° C.). As described above, the apparatus configuration of the Au nanoparticle generation chamber 60 that generates Au nanoparticles and the nozzle 62 constitute a metal fine particle injection unit.
このとき、ステージ66は、図9に示すY方向に所定距離(複数のホールパターンが形成された一列の一端部のホールパターンと他端部のホールパターンの中心間距離)を連続して所定回数、所定速度(例えば2mm/s)でスキャン移動される。
この処理によりSiチップ10のレジストパターン上にAuナノ粒子が堆積し、全てのホールパターンが埋まる状態となるとAuナノ粒子の成膜処理が終了する。
その後、Siチップ10をアセトンに浸漬し、フォトレジストを剥離、除去することにより、Siチップ10のパッド上に形成された錐形状バンプを得ることができる。
At this time, the stage 66 continuously repeats a predetermined distance in the Y direction shown in FIG. 9 (the distance between the center of the hole pattern at one end of a row and the hole pattern at the other end where a plurality of hole patterns are formed) a predetermined number of times. The scan is moved at a predetermined speed (for example, 2 mm / s).
By this process, Au nanoparticles are deposited on the resist pattern of the Si chip 10, and when all the hole patterns are filled, the Au nanoparticle film forming process is completed.
Thereafter, the silicon chip 10 is immersed in acetone, and the photoresist is peeled off and removed, whereby a cone-shaped bump formed on the pad of the Si chip 10 can be obtained.
以上のように、本発明に係る実施の形態によれば、レジストパターンへのAuナノ粒子の成膜処理中において、Siチップ10が有する熱を、密着性が高い熱伝導部材としてのInシート4を介することにより冷却基板2に効率よく逃がすことができる。
さらには、熱伝導性のよいチップ固定治具3により、Siチップ10を冷却基板2に固定することによって、少なくともSiチップ10の一面側の周縁部がチップ固定治具3に面接触するため、Siチップ10の周縁部からも熱を逃がすことができる。
このため、直径数十μm(例えば30μm)といった錐形状バンプ形成に必要な、容積の大きいレジストパターンを形成した場合であっても、Siチップ10の過昇温を抑制し、その温度を低く抑えることができる。
即ち、Auナノ粒子の成膜処理中において、レジストパターンの容積が大きくても、そのホールパターンの出口角部を角張った形状に維持し、フォトレジストのSi基板への過度の密着を抑制することができる。したがって、Auナノ粒子の成膜処理後にフォトレジストを容易に剥離し、直径数十μmの錐形状バンプを確実に得ることができる。
さらに、フォトレジストのホールパターンを一列に複数形成し、ノズル中心軸が相対的にホールパターン中心を通過するように、且つ、スキャン距離を複数のホールパターンが形成された一列の一端部のホールパターンと他端部のホールパターンの中心間距離に設定することにより、高速に効率よく複数の錐形状バンプを得ることができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, the heat of the Si chip 10 during the film formation process of the Au nanoparticles on the resist pattern is used as the In sheet 4 as a heat conductive member having high adhesion. By passing through, it is possible to efficiently escape to the cooling substrate 2.
Furthermore, by fixing the Si chip 10 to the cooling substrate 2 with the chip fixing jig 3 having good thermal conductivity, at least the peripheral portion on one surface side of the Si chip 10 is in surface contact with the chip fixing jig 3. Heat can also be released from the peripheral edge of the Si chip 10.
For this reason, even when a resist pattern having a large volume necessary for forming a cone-shaped bump having a diameter of several tens of μm (for example, 30 μm) is formed, excessive temperature rise of the Si chip 10 is suppressed and the temperature is kept low. be able to.
That is, during the deposition process of Au nanoparticles, even when the resist pattern volume is large, the hole corner of the hole pattern is maintained in an angular shape, and excessive adhesion of the photoresist to the Si substrate is suppressed. Can do. Therefore, the photoresist can be easily peeled off after the Au nanoparticle film forming process, and a cone-shaped bump having a diameter of several tens of μm can be reliably obtained.
Further, a plurality of hole patterns of photoresist are formed in a line, a hole pattern at one end of a line in which a plurality of hole patterns are formed with a scan distance so that the nozzle center axis relatively passes through the center of the hole pattern. By setting the distance between the center of the hole pattern at the other end, a plurality of cone-shaped bumps can be obtained efficiently at high speed.
本発明に係る微細金属バンプの形成装置及び形成方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に従い、Siチップ上への複数の錐形状バンプの形成工程を実施し、本発明の効果を検証した。 The apparatus and method for forming fine metal bumps according to the present invention will be further described based on examples. In this example, a process of forming a plurality of conical bumps on the Si chip was performed according to the above embodiment, and the effect of the present invention was verified.
〔実施例1〕
実施例1では、前記実施の形態で説明したバンプ形成方法に基づいて、バンプ形成実験を行った。Siチップの形成においては、先ず、380μm厚の3インチSiウエハの全面に対し、スパッタリング法により絶縁用SiO2膜(膜厚300nm)を成膜した。
次いで、バンプ形成する電極パッドを形成するため、前記SiO2膜上にパッド形状のフォトレジストパターンをフォトリソグラフィ工程により形成し、バンプとの密着性を考慮して、Au(500nm)/Ti(20nm)を連続的に真空蒸着にて成膜し、リフトオフ工程によってレジスト上部の余分なAu/Ti薄膜を除去して形成した。
[Example 1]
In Example 1, a bump formation experiment was performed based on the bump formation method described in the above embodiment. In forming the Si chip, first, an insulating SiO 2 film (film thickness: 300 nm) was formed on the entire surface of a 380 μm-thick 3 inch Si wafer by sputtering.
Next, in order to form an electrode pad for bump formation, a pad-shaped photoresist pattern is formed on the SiO 2 film by a photolithography process, and considering the adhesion to the bump, Au (500 nm) / Ti (20 nm). ) Was continuously formed by vacuum deposition, and the excess Au / Ti thin film on the resist was removed by a lift-off process.
錐形状バンプを形成するためのフォトレジストは、汎用の厚膜レジストAZP4903(AZ electric materials)を用い、スピンコート法により30.5μmに成膜し、バンプ形成するホールをアラインメント露光により形成した。このフォトレジストにおけるホールパターンは、サイズが直径30μmの円形状、ピッチ60μmと設計したが、用いた露光機の焦点深度が15μm以下であるため、パッド表面が完全に露出するまで過剰に露光量を増やし、現像することで、最終的に図2(a)のSEM写真に示すホール形状を得た。 As a photoresist for forming the cone-shaped bumps, a general-purpose thick film resist AZP4903 (AZ electric materials) was used to form a film to 30.5 μm by spin coating, and holes for forming the bumps were formed by alignment exposure. The hole pattern in this photoresist was designed as a circular shape with a diameter of 30 μm and a pitch of 60 μm. However, since the depth of focus of the used exposure machine is 15 μm or less, the exposure amount is excessive until the pad surface is completely exposed. The hole shape shown in the SEM photograph of FIG. 2A was finally obtained by increasing and developing.
そして、このホールパターンが形成されたSiウエハを7.5mm角にダイシングし、Siチップを製造した。尚、このSiチップ上面には、側端部から500μm離れた位置に、計105個のホールパターンが一列に形成されている。
このようなSiチップを図1に示した構成のヒートシンク基板に取り付け、成膜室でAuナノ粒子をノズル噴射し、堆積させることにより、バンプ形成を行った。
この実験におけるその他の諸条件を表1に示す。
Then, the Si wafer on which this hole pattern was formed was diced into 7.5 mm square to produce Si chips. Note that a total of 105 hole patterns are formed in a row on the upper surface of the Si chip at a position 500 μm away from the side edge.
Such a Si chip was attached to a heat sink substrate having the configuration shown in FIG. 1, and bump formation was performed by nozzle-jetting and depositing Au nanoparticles in the deposition chamber.
Other conditions in this experiment are shown in Table 1.
この実験の結果、図2(b)のSEM写真に示すような円錐状の錐形状バンプを得ることができた。このバンプについて、その高さ寸法をレーザ顕微鏡により測定すると、37.9μmであった。
また、このバンプの傾斜角度は65.5度であり、レジスト膜厚が30.5μmであったため、バンプ先端は、このレジスト膜厚よりも1.2倍高く成長したことがわかった。
形成されたバンプのSEM写真を観察することにより、レジストの残留もなく、有機溶剤で完全にレジストを剥離できたことが確認された。
これは、GD法での成膜処理中に測定した基板温度が、ヒートシンクの効果により最大63℃、即ちフォトレジストのベーク温度以下となったため、容易にフォトレジストを剥離することができたと考えられた。尚、この基板温度は、一般的にめっき浴の温度と同程度であり、本発明のバンプ形成方法は、低温プロセスであると言える。
As a result of this experiment, a conical cone-shaped bump as shown in the SEM photograph of FIG. This bump had a height of 37.9 μm as measured by a laser microscope.
Further, since the inclination angle of this bump was 65.5 degrees and the resist film thickness was 30.5 μm, it was found that the bump tip grew 1.2 times higher than this resist film thickness.
By observing the SEM photograph of the formed bump, it was confirmed that the resist could be completely removed with an organic solvent without residual resist.
This is probably because the substrate temperature measured during the film formation process by the GD method was 63 ° C. at the maximum due to the effect of the heat sink, that is, below the baking temperature of the photoresist, so that the photoresist could be easily peeled off. It was. The substrate temperature is generally the same as the temperature of the plating bath, and it can be said that the bump forming method of the present invention is a low-temperature process.
また、図3に、錐形状バンプ形成と同時にSi基板に堆積させたAuナノ粒子の凝集薄膜の高さ方向の形状プロファイルを示す。図3(a)は、スキャン方向(y方向)に成膜されたAuナノ粒子を平面視するSEM写真、図3(b)は堆積プロファイルを示すグラフである。
この形状プロファイルは、触針式段差計を用いて測定した。最大高さは91.4μmであり、この頂点から左右対称に非常に滑らかな形状となった。この頂点がノズル中心位置に相当すると考えられる。もし、ノズル中心軸の延長上にホールの中心があった場合、100回のスキャンで91.4μmの膜厚があることから、1スキャンあたりの膜厚は0.91μm/scanとなる。実験で形成されたバンプの高さは37.9μmであることから、42回のスキャンで、この錐形状バンプが形成されたと考えることができる。この実験条件では、10秒で1回スキャンする設定であるので、バンプ形成に要した時間は7分となる。即ち、7分で完全にホールが塞がり、後の9分40秒間の成膜処理は、バンプ形成には寄与しなかったと考えられる。
FIG. 3 shows the shape profile in the height direction of the aggregated thin film of Au nanoparticles deposited on the Si substrate simultaneously with the formation of the cone-shaped bumps. FIG. 3A is an SEM photograph in which the Au nanoparticles formed in the scan direction (y direction) are viewed in plan, and FIG. 3B is a graph showing the deposition profile.
This shape profile was measured using a stylus profilometer. The maximum height was 91.4 μm, and it became a very smooth shape symmetrically from this apex. This vertex is considered to correspond to the nozzle center position. If the center of the hole is on the extension of the nozzle center axis, the film thickness is 91.4 μm after 100 scans, so the film thickness per scan is 0.91 μm / scan. Since the height of the bump formed in the experiment is 37.9 μm, it can be considered that the cone-shaped bump was formed in 42 scans. Under this experimental condition, since the scan is performed once every 10 seconds, the time required for bump formation is 7 minutes. That is, it is considered that the hole was completely closed in 7 minutes, and the subsequent film formation for 9 minutes and 40 seconds did not contribute to bump formation.
このとき、スキャン距離は7.5mm角のチップサイズに対して20mmであったので、スキャン距離をチップサイズと同等に7.5mmにした場合には、20mmのスキャン距離では1回のスキャン距離に10秒要するのに対して7.5mmのスキャン距離では3.75秒に短縮されるので、バンプ形成時間は2秒38秒と換算される。このときバンプ1個はわずか1.5秒で形成可能となる。
このように30μm厚の厚膜レジストにおいても、GD法での高速成膜による熱ダメージをヒートシンク付加によって軽減し、30μmサイズの錐形状バンプを形成可能であることを実証することができた。
At this time, the scan distance was 20 mm for a 7.5 mm square chip size. Therefore, when the scan distance is 7.5 mm, which is the same as the chip size, the scan distance of 20 mm is one scan distance. While it takes 10 seconds, the 7.5 mm scan distance is shortened to 3.75 seconds, so the bump formation time is converted to 2 seconds 38 seconds. At this time, one bump can be formed in only 1.5 seconds.
Thus, even in a thick film resist having a thickness of 30 μm, it was proved that thermal damage due to high-speed film formation by the GD method can be reduced by adding a heat sink, and a 30 μm size cone-shaped bump can be formed.
さらに考察を続けると、前記錐形状バンプ作製時間の算出例は、ホールに対してノズル中心位置が一致している場合であるが、実際には、チップの取り付けがスキャン方向に対して傾いたり、CCDカメラでの位置合わせ精度が十分ではない。
図4(a)に、ノズル中心軸からホール位置が離れ、本実施例の成膜条件では完全にホールを塞ぐことができずに途中で成膜処理が終了し、円錐形状に形成し得なかった一例のSEM写真を示す。図4(b)は堆積プロファイルにおける、このバンプの位置を示すグラフである。
If further consideration is made, the calculation example of the cone-shaped bump production time is a case where the nozzle center position is coincident with the hole, but actually, the mounting of the chip is inclined with respect to the scanning direction, The alignment accuracy with a CCD camera is not sufficient.
In FIG. 4A, the hole position is away from the central axis of the nozzle, and the film formation process cannot be completed in the middle of the film formation conditions according to this embodiment, and the film cannot be formed into a conical shape. An SEM photograph of another example is shown. FIG. 4B is a graph showing the position of the bump in the deposition profile.
即ち、このバンプの上面の傾斜が右上がりであることから、図3(b)の堆積プロファイル上において頂点より左側(x<0)の位置で作製されたバンプだと考えられる。このバンプの特徴点である上面の高さの最大値と最小値をレーザ顕微鏡で測定すると、それぞれ30.7μm、25.7μmであった。 That is, since the slope of the upper surface of the bump is rising to the right, it is considered that the bump is produced at a position on the left side (x <0) from the apex on the deposition profile in FIG. When the maximum value and minimum value of the height of the upper surface, which is a characteristic point of this bump, were measured with a laser microscope, they were 30.7 μm and 25.7 μm, respectively.
この値を堆積プロファイル上でxの値を読み取ると、それぞれ104.6μm、115.0μmとなる。このxの値の中間値がバンプ中心の位置に相当すると考えられるので、このバンプの中心位置はノズル中心位置から109.8μm離れていたと推定され、このバンプ中心の高さは28.2μmと堆積プロファイルから読み取ることができる。図4(b)のグラフは、このバンプを堆積プロファイルに重ねたものである。 When this value is read on the deposition profile as x, they are 104.6 μm and 115.0 μm, respectively. Since the intermediate value of x is considered to correspond to the position of the bump center, it is estimated that the center position of the bump is 109.8 μm away from the nozzle center position, and the height of the bump center is 28.2 μm. Can be read from the profile. The graph of FIG. 4B is obtained by superimposing the bump on the deposition profile.
本実施例での実験では、ステージスキャン方向(y方向)に対してSiチップの傾きは図5(a)のような位置関係になると考えられる。
即ち、図5(b)に示すようにホール位置がノズル中心軸に近いほどホールは塞がり、ステージスキャン方向からホール列が角度θで傾いてSiチップが取り付けられていたと考えられる。
In the experiment in this example, it is considered that the inclination of the Si chip with respect to the stage scan direction (y direction) has a positional relationship as shown in FIG.
That is, as shown in FIG. 5B, it is considered that the closer the hole position is to the central axis of the nozzle, the more the hole is closed, and the Si chip is attached with the hole row inclined at an angle θ from the stage scanning direction.
このチップの取り付け傾きθを算出するため、前述したようにバンプの中心位置を堆積プロファイルから読み取り、5個(200μmピッチ)ずつ離れたバンプに対して図5(b)に示すように傾きθを計算し、最終的に10回の平均値を算出すると、スキャン方向に対するチップの傾きθは0.8度となった。1列105個あるホールの1個目にノズル中心が一致していたとしても1個目のホールから6240μm離れた105個目のホールにおいてはノズル中心から87μm離れることになり、この地点での膜厚はノズル中心での膜厚と比較すると43.5%も減少していた。 In order to calculate the mounting inclination θ of this chip, as described above, the center position of the bump is read from the deposition profile, and the inclination θ as shown in FIG. When calculating and finally calculating the average value of 10 times, the inclination θ of the chip with respect to the scanning direction was 0.8 degree. Even if the nozzle center coincides with the first of 105 holes in one row, the 105th hole 6240 μm away from the first hole is 87 μm away from the nozzle center. The thickness was reduced by 43.5% compared to the thickness at the nozzle center.
前記堆積プロファイルは、ノズル中心からホールまでの距離に対する成膜速度の変化として表すことができる。
図6(a)に、図3(b)の堆積プロファイルの結果から求めた、ノズル中心から離れたホール位置に対する成膜速度の変化を示す。さらに、同図縦軸の第2軸に、ノズル中心軸から離れたホール位置に対して、バンプ高さ37.9μmの形成時間の変化を示す。
このグラフに示されるように、ノズル中心軸からホールの位置が140μm以上離れてしまうと、バンプ形成時間は40分を要することがわかる。そこで、スキャン距離をチップサイズと同じ7.5mmと37.5%短くすれば、この分だけバンプ形成のためのスキャン回数を早くに達成することができる。
このようにバンプ形成を効率的に高速化するには、ホール位置をノズル中心軸と一致させること、及び、ホールがある箇所にのみに成膜するように必要最小限にスキャン距離を短くすること(即ち、ノズルの相対的なスキャン移動距離を、複数のホールパターンが形成された一列の一端部のホールパターンと他端部のホールパターンの中心間距離とすること)が重要であると確認した。
The deposition profile can be expressed as a change in deposition rate with respect to the distance from the nozzle center to the hole.
FIG. 6A shows a change in the film forming speed with respect to the hole position away from the center of the nozzle, which is obtained from the result of the deposition profile in FIG. Further, the second axis of the vertical axis in the figure shows the change in the formation time of the bump height of 37.9 μm with respect to the hole position away from the nozzle central axis.
As shown in this graph, it can be seen that when the hole position is 140 μm or more away from the nozzle central axis, the bump formation time takes 40 minutes. Therefore, if the scan distance is shortened by 7.5 mm, which is the same as the chip size, and 37.5%, the number of scans for bump formation can be achieved earlier by this amount.
In order to efficiently increase the speed of bump formation in this way, the hole position must be aligned with the nozzle center axis, and the scan distance should be shortened to the minimum necessary so that the film is formed only where the hole exists. (I.e., the relative scanning movement distance of the nozzle is the distance between the centers of the hole pattern at one end and the hole pattern at the other end of a row in which a plurality of hole patterns are formed). .
また、一列のバンプ全てが同一形状に形成される時をバンプ形成時間としているため、スキャン数は整数値である。このため、図6(b)のグラフ拡大図に示すように、ノズル中心位置から7.9μm離れたホール位置まではスキャン回数が42回と同じになる。この点のバンプ形成時間はノズル中心位置と変わらず形成することができる。 In addition, since the bump formation time is the time when all the rows of bumps are formed in the same shape, the number of scans is an integer value. For this reason, as shown in the enlarged graph of FIG. 6B, the number of scans is the same as 42 times up to the hole position 7.9 μm away from the nozzle center position. The bump formation time at this point can be formed without changing from the nozzle center position.
即ち、光学的なアラインメント機構を付加し、比較的粗い数μmレベルのアラインメント精度を確保することができれば、効率的かつ高速にバンプ形成できることを確認した。
以上のように本実施例により、本発明の微細金属バンプの形成装置及び形成方法によれば、バンプのサイズに依らずガスデポジション法による成膜処理時における基板温度の過昇温を抑制し、基板上に錐形状バンプを形成できることを確認した。
That is, it was confirmed that if an optical alignment mechanism is added and alignment accuracy of a relatively coarse several μm level can be secured, bumps can be formed efficiently and at high speed.
As described above, according to this embodiment, according to the fine metal bump forming apparatus and forming method of the present invention, it is possible to suppress overheating of the substrate temperature during the film forming process by the gas deposition method regardless of the size of the bump. It was confirmed that cone-shaped bumps can be formed on the substrate.
本発明は、基板の一面側に形成された金属部材の所定箇所に微細な錐形状の金属バンプを形成する微細金属バンプの形成装置及び形成方法に関する。 The present invention relates to a fine metal bump forming apparatus and method for forming fine conical metal bumps at predetermined locations on a metal member formed on one surface of a substrate.
1 ヒートシンク基板(基板保持手段)
2 冷却基板(冷却部材)
3 チップ固定治具(固定部材)
4 Inシート(熱伝導性シート)
5 ボルト
10 Siチップ(基板)
11 予備基板
30 錐形状バンプ
60 Auナノ粒子生成室
61 ルツボ
62 ノズル
63 搬送管
65 成膜室
66 ステージ
1 Heat sink substrate (substrate holding means)
2 Cooling substrate (cooling member)
3 Chip fixing jig (fixing member)
4 In sheet (thermally conductive sheet)
5 Volt 10 Si chip (substrate)
11 Preliminary substrate 30 Cone-shaped bump 60 Au nanoparticle generation chamber 61 Crucible 62 Nozzle 63 Transfer tube 65 Deposition chamber 66 Stage
Claims (5)
前記基板保持手段により保持された前記基板の一面側に対し、金属を蒸発して得られる金属微粒子をキャリアガスと共にノズルから噴射する金属微粒子噴射手段とを備え、
前記金属微粒子噴射手段によって噴射された金属微粒子を前記金属配線の所定箇所に堆積させ、ガスデポジション法によって錐形状の金属バンプを形成する微細金属バンプの形成装置であって、
前記基板保持手段は、
前記基板の下面よりも大きい寸法形状に形成され、前記基板をその他面側から保持する金属製の熱放射板からなる冷却部材と、
前記基板と前記冷却部材との間に介設され、可撓性を有する熱伝導性シートと、
前記基板の一面側の周縁部を押圧した状態で、前記基板を前記冷却部材に固定すると共に、少なくとも前記基板の一面側の周縁部と前記冷却部材とに対し面接触する金属製の熱放射部材からなる固定部材とを有することを特徴とする微細金属バンプの形成装置。 Substrate holding means for holding a substrate on which a hole pattern in which a predetermined portion of the metal wiring is exposed is formed in a mask layer covering the metal wiring formed on the one surface side;
Metal fine particle injection means for injecting metal fine particles obtained by evaporating metal from a nozzle together with a carrier gas to one side of the substrate held by the substrate holding means,
A fine metal bump forming apparatus for depositing metal fine particles ejected by the metal fine particle ejecting means on a predetermined portion of the metal wiring and forming a cone-shaped metal bump by a gas deposition method,
The substrate holding means is
A cooling member made of a metal heat radiation plate formed in a size and shape larger than the lower surface of the substrate and holding the substrate from the other surface side;
A thermally conductive sheet interposed between the substrate and the cooling member and having flexibility ;
A metal heat radiation member that fixes the substrate to the cooling member while pressing the peripheral portion on the one surface side of the substrate and is in surface contact with at least the peripheral portion on the one surface side of the substrate and the cooling member. And a fine metal bump forming apparatus.
前記基板の側方において前記冷却部材に保持され、前記冷却部材に対し断熱手段を有する予備基板を有することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載された微細金属バンプの形成装置。 The substrate holding means further includes
3. The formation of fine metal bumps according to claim 1, further comprising a spare substrate held by the cooling member at a side of the substrate and having a heat insulating means for the cooling member. 4. apparatus.
前記基板上のマスク層において、複数の前記ホールパターンを一列に形成し、
前記ノズルの中心軸が前記ホールパターンの中心に一致するよう位置合わせを行い、
前記ノズルの中心軸が前記ホールパターンの中心を通過するように、前記複数のホールパターンが形成された列に沿って、相対的に前記ノズルをスキャン移動し、
各ホールパターンに向けて前記金属微粒子をキャリアガスと共に前記ノズルから噴射し、
前記金属微粒子を前記金属配線の所定箇所に堆積させることを特徴とする微細金属バンプの形成方法。 A substrate holding means for holding a substrate on which a hole pattern exposing a predetermined portion of the metal wiring is formed on a mask layer covering the metal wiring formed on the one surface side; and one surface side of the substrate held by the substrate holding means In contrast, metal fine particle injection means for injecting metal fine particles obtained by evaporating metal together with a carrier gas from a nozzle, the substrate holding means is formed in a size and shape larger than the lower surface of the substrate, A cooling member made of a metal heat radiation plate held from the other surface side, a flexible heat conductive sheet interposed between the substrate and the cooling member, and a peripheral edge on one surface side of the substrate The substrate is fixed to the cooling member in a pressed state, and at least a solid heat radiation member made of a metal heat radiating member is in surface contact with the peripheral portion on one surface side of the substrate and the cooling member. And forming a plurality of conical metal bumps by a gas deposition method by depositing metal fine particles ejected by the metal fine particle ejecting means at predetermined locations of the metal wiring. A method of forming fine metal bumps,
In the mask layer on the substrate, a plurality of the hole patterns are formed in a row,
Perform alignment so that the central axis of the nozzle coincides with the center of the hole pattern,
The nozzle is relatively scanned and moved along the row in which the plurality of hole patterns are formed such that the center axis of the nozzle passes through the center of the hole pattern,
The metal fine particles are jetted from the nozzle together with a carrier gas toward each hole pattern,
A method for forming fine metal bumps, wherein the metal fine particles are deposited at predetermined positions of the metal wiring.
前記複数のホールパターンが形成された一列の一端部のホールパターンと他端部のホールパターンの中心間距離となされることを特徴とする請求項4に記載された微細金属バンプの形成方法。 The relative scanning distance of the nozzle is
5. The method for forming fine metal bumps according to claim 4 , wherein a distance between centers of a hole pattern at one end and a hole pattern at the other end in a row in which the plurality of hole patterns are formed is set.
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