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| このページでは重点製品や新製品をご紹介しています。 |
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| ■プラズマリフロー装置 |
| ～Ⅰ.バンプ形成プロセスの現状～ |
１.バンプ形成技術の必要性
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２.バンプの種類と問題点
1)Auバンプ
①バンプ形成方法と実装方法
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②特徴（長所）
・バンプ接合技術が開発された時から利用され安定性がある。
・バンプ材料のAuが化学的に安定している。（酸化されない）
・バンプ材料のAuは電極金属と比較的低温で合金化し良好な接合が出来る。
③問題点（短所）
・希少金属で高価なAuを使うため、コスト高になる。
・基板への実装にボンディング技術を使い一括実装が出来ないため、生産性が悪くコスト高になる。
2)はんだバンプ
①バンプ形成方法と実装方法
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バンプ形成 プロセス |
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実装 プロセス |
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②特徴（長所）
・バンプの材料が普遍的で安価であり、コストが下げられる。
・基板への実装を一括リフローで行えるため、大量生産に適している。
・一括リフローにより、コストを下げられる。
③問題点（短所）
・メッキ法，印刷法，ボール法いずれの場合も、はんだ及び電極の酸化膜除去のためフラックス利用が不可欠で、
フラックス塗布及びフラックス残渣洗浄工程を必要とする。
・リフロー中にフラックスが変質しフラックス残渣洗浄が困難なため、洗浄に地球環境に有害な有機溶剤を必要とする。
| ～Ⅱ．プラズマリフロープロセスの特徴及び効果～ |
１.はんだバンプ形成におけるプラズマリフロープロセス開発の背景
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従来プロセスで不可欠なフラックス使用に付随して、フラックス残渣洗浄工程で起きている問題 （＝有機溶剤使用による地球環境破壊問題の解決） |
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| フラックスを必要としない、はんだバンプ形成プロセスの開発（フラックス洗浄不要） | ||
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| 水素雰囲気によるフラックスを使用しない、はんだバンプ形成プロセス開発（水素の還元力を利用） | ||
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←水素による還元には、はんだ 溶融温度を超える高温が必要 （還元力不足） |
| はんだ溶融温度で強力な還元力を持つ“水素ラジカル”を利用したプラズマリフロープロセスの開発 | ||
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| メッキ法はんだバンプ形成プロセスへの応用 |
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印刷法バンプ形成プロセスへの応用 |
２.プラズマリフローの特徴
1)従来リフローとプラズマリフローでの電極及びはんだの酸化膜除去方法の比較
①従来のフラックスを利用したリフロー＝リフロー時フラックス活性成分から遊離する水素イオン(H+)により
酸化膜を還元し除去する。
リフロー前のフラックス塗布（フラックス含有）とリフロー後にフラックス残渣の洗浄・除去が必要。
MO（金属酸化物）＋ H+（フラックスより） ⇒ M（金属）＋ H2O
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②プラズマリフロー＝リフロー時プラズマ中で生成する水素ラジカル（H＊）により電極及びはんだ表面の酸化膜を除去する。
フラックスを用いないので、フラックス塗布及び洗浄・除去が不要になる。
MO（金属酸化物）＋ H＊（水素プラズマより） ⇒ M（金属）＋ H2O
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フラックス塗布工程不要 |
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フラックス洗浄・除去工程不要 |
2)プラズマリフロー装置の概要
| ＜プラズマリフロー処理室構造図＞ |
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3)水素ラジカルの還元力（水素ガスとの比較）
水素ラジカルは、プラズマ中で生成される電荷を持たない原子状の水素で、低温領域で強い還元力を持つ。
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4)装置の特徴
①特徴１＝表面波プラズマによる高密度プラズマ
マイクロ波が石英の表面を伝播し易い性質を利用したマイクロ波表面波プラズマにより高密度プラズマを発生させている。
石英透過窓（＋スロットアンテナ）を透過しプラズマ発光室内石英透過窓表面に拡がったマイクロ波により、
プラズマ発光室にＲＦ平行平板方式に比べ数百倍もの高密度な水素プラズマを発生する事が出来る。
②特徴２＝荷電粒子によるダメージを防止
処理ステージ（ウェハ）上に電荷を持たず、かつ還元力の強い水素ラジカル（Ｈ＊）だけを導き、
処理ウェハにダメージを与えず還元が出来る。
プラズマ発光室と処理ステージの間に、アースされた遮蔽板を設け、プラズマ中で発生した水素イオン（Ｈ＋）や
電子（ｅ－）などの荷電粒子をトラップし、水素ラジカルだけを処理ステージ（ウェハ）上に導く構造としている。
③特徴３＝急昇温と急冷却による最適リフロー条件
温度ステージ＋急冷機構の組み合わせにより、処理ウェハの急昇温及び急冷却を可能にしている。
急昇温及び急冷却を行う事で、電極のはんだ食われやはんだ結晶の粗大成長を防ぎ、はんだ接合部の信頼性向上が図れる。
④特徴４＝バンプ中の気泡（ボイド）の削減
気泡発生源であるフラックスを使用しない事と、減圧中で処理し内部の気泡を除去する事により、
形成されたバンプ中の気泡（ボイド）を大幅に削減出来る。
⑤特徴５＝カセット ｔｏ カセット方式による自動化及び高スループット化
昇降カセットステージ＋ロボット＋真空搬送付ロードロック室＋処理室の構成とし、
処理の全自動化及び高スループット化を実現している。
5)応用例
①メッキ法バンプ形成への応用
| 超高集積ＩＣの表面に、再配線層及び電極層（アンダーバンプメタル：ＵＢＭ）を形成 | ||
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| 電極上にメッキではんだ層を形成 |
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 リフロー前SEM写真 |
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| プラズマリフロー装置によりバンプ形成 | 水素ガス雰囲気炉によりバンプ形成 | |
リフロー後SEM写真 リフロー後X線透過写真 |
リフロー後SEM写真 |
②印刷法バンプ形成への応用
東京大学先端科学技術研究センター・須賀研究室と千住金属工業株式会社と協力し、鉛フリーはんだペーストを用いながら
リフロー後の洗浄を不要にした印刷法バンプ形成プロセスを開発しました。
この新プロセスの開発及び実用化推進を目的に、平成１５年３月より三者間で「鉛フリーはんだバンプ形成新プロセス開発」
コンソーシアムを発足させました。
また、ＮＰＯエコデザイン推進機構（ＥｃｏＤｅＮｅｔ）が窓口となって、
東京大学先端科学技術研究センターにおいて開発・実用化の実験を行うとともにお客様のサンプルテストも請けています。
| 超高集積ICの表面に、再配線層及び電極層（アンダーバンプメタル:UBM）を形成 |
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リフロー前SEM写真 鉛フリーはんだ(Sn3Ag0.5Cu) |
| プラズマリフローしバンプ形成 | |
リフロー後SEM写真 リフロー後X線透過写真 |
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