(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールマウントツールのツール下面に設けた複数の吸着孔にボールを真空吸着した後、前記ツール下面を基板の上面に接近させて位置決めするとともに前記真空吸着を解除して前記基板の上面に設けた下地電極上に前記ボールを供給し、その後前記ボールまたは前記下地電極上に設けた接合材もしくは前記ボールの表面に塗布した接合材を一時的に加熱溶融して前記ボールを前記下地電極に固定する半導体装置の製造方法であって、
前記ボールマウントツールを、ツール本体と、このツール本体の下面に沿って設けられる可撓性の変形板とで構成するとともに、前記吸着孔は真空吸引及び気体噴射する吸引・噴射用孔であり、前記変形板に前記下地電極に対応しかつ前記ボールよりも直径が小さい可動吸着孔を設けておき、
ボール吸着時には前記可動吸着孔に前記ボールを真空吸着保持し、
ボール供給時には、ツール下面を前記基板に接近させた後、前記真空吸着を解除させるとともに気体を前記吸引・噴射用孔を介して送り込み、噴射する前記気体の噴射圧と、前記噴射する気体の圧力によって変形した前記変形板とで、前記ボールを前記基板に押し付けてボールを前記下地電極に供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
ボールマウントツールのツール下面に複数のボールを真空吸着した後、前記ツール下面を基板の上面に接近させて位置決めするとともに、前記真空吸着を解除して前記基板の上面に設けた下地電極上に前記ボールを供給し、その後前記ボールまたは前記下地電極上に設けた接合材もしくは前記ボールの表面に塗布した接合材を一時的に加熱溶融して前記ボールを前記下地電極に固定する半導体装置の製造方法であって、
前記ボールマウントツールをツール本体と、このツール本体の下面に沿って設けられる可撓性の変形板とで構成し、
前記変形板に前記下地電極に対応しかつ前記ボールよりも小さい直径の可動吸着孔を設け、
前記ツール本体は前記変形板に対面する面からの真空吸引および気体噴射ができる通気性が良好な多孔質体で形成し、
ボール吸着時には前記ツール本体内を通して真空吸引を行って前記可動吸着孔に前記ボールを真空吸着し、
ボール供給時には、前記ツール下面を前記基板に接近させた後、前記真空吸着を解除させるとともに気体を前記ツール本体に送り込み、前記ツール本体下面から噴射する前記気体の噴射圧と、前記ツール本体から噴射する気体の噴射圧によって変形した前記変形板とで、前記ボールを前記接合材を介して前記基板に押し付けてボールを前記下地電極に供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
ボールマウントツールのツール下面に複数のボールを真空吸着した後、前記ツール下面を基板の上面に接近させて位置決めするとともに前記真空吸着を解除して前記基板の上面に設けた下地電極上に前記ボールを供給し、その後前記ボールまたは前記下地電極上に設けた接合材もしくは前記ボールの表面に塗布した接合材を一時的に加熱装置によって加熱溶融して前記ボールを前記下地電極に固定する半導体製造装置であって、
前記ボールマウントツールをツール本体と、このツール本体の下面に沿って設けられる可撓性の変形板とで構成し、
前記変形板には前記下地電極に対応しかつ前記ボールよりも直径が小さい可動吸着孔が設けられ、
前記ツール本体には前記可動吸着孔に対応しかつ前記可動吸着孔での前記ボールの保持に支障がない大きさの吸引・噴射用孔である吸着孔が設けられ、
前記変形板は前記吸引・噴射用孔からの気体噴射による気圧変動で変形する構成になり、
前記可動吸着孔に前記ボールを真空吸着するように構成され、
前記ボールマウントツールのツール下面を前記基板に接近させ、前記真空吸着を解除させるとともに気体を前記吸引・噴射用孔から噴射させ、前記噴射する前記気体の噴射圧と、前記噴射する気体の圧力によって変形した前記変形板とで、前記ボールを前記接合材を介して前記基板に押し付けてボールを前記基板に供給するように構成されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】
ボールマウントツールのツール下面に複数のボールを真空吸着した後、前記ツール下面を基板の上面に接近させて位置決めするとともに、前記真空吸着を解除して前記基板の上面に設けた下地電極上に前記ボールを供給し、その後前記ボールまたは前記下地電極上に設けた接合材もしくは前記ボールの表面に塗布した接合材を一時的に加熱装置によって加熱溶融して前記ボールを前記下地電極に固定する半導体製造装置であって、
前記ボールマウントツールをツール本体と、このツール本体の下面に沿って設けられる可撓性の変形板とで構成し、
前記変形板には前記下地電極に対応しかつ前記ボールよりも直径が小さい可動吸着孔が設けられ、
前記ツール本体は前記変形板に対面する面からの真空吸引および気体噴射ができる通気性が良好な多孔質体で形成され、
前記変形板は前記真空吸着または前記気体噴射による気圧変動で変形する構成になり、  前記可動吸着孔に前記ボールを真空吸着保持するように構成され、
前記ボールマウントツールの前記ツール下面を前記基板に接近させ、前記真空吸着を解除させるとともに気体を前記ツール本体から噴射させ、前記気体の噴射圧と、前記ツール本体から噴射する気体の圧力によって変形した前記変形板とで、前記ボールを前記接合材を介して前記基板に押し付けてボールを前記基板に供給するように構成されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】
前記ツールはさらに前記ツール本体の周囲に設けられた圧縮気体を送り込む気体噴射系を有し、該気体噴射系を介して前記変形板に圧縮気体を送り込むように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
複数のボールを真空吸着した状態のボールマウントツールを複数の下地電極が設けられた基板上に近接位置合わせし、前記真空吸着状態を解除して前記ボールを対応する下地電極上に供給するボールマウンタと、
前記ボールまたは前記下地電極に設けられた接合材を介して各ボールを対応する下地電極に固定する加熱装置と、を備え、
前記ボールマウントツールは、前記下地電極に対応して複数の吸着孔が設けられた可撓性の変形板を有し、前記複数のボールは前記可撓性変形板に設けられた吸着孔に真空吸着されるように構成されており、
前記ボールマウンタは、さらに前記可撓性変形板に圧縮気体を噴射する圧縮気体噴射手段を備え、前記ボールマウントツールを前記基板上に位置合わせし前記真空状態を解除した後、前記圧縮気体噴射手段から供給される圧縮気体の圧力によって前記可撓性変形板を前記基板に押し付けて前記基板に沿って変形させ、該圧縮気体の圧力と前記変形した変形板とで、前記複数のボールを対応する下地電極に押し付けるように構成されてなることを特徴とする製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法および半導体製造装置に関し、特にＣＳＰ（Chip Size Package ）やファインピッチＢＧＡ（Fine Pitch Ball Grid Array：ＦＢＧＡ）の製造において、基板に半田等のボールを搭載して電極端子を形成する技術に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＳＰ，ＢＧＡ等の半導体装置においては、電極端子を半田等からなるボールで構成している。例えば、半田ボールをパッケージを構成する基板（配線基板）に搭載（マウント）する場合、基板表面に設けられた下地電極に半田ボールを重ね、その後リフローして半田を溶かし、再硬化によって半田ボールを基板に固定する。
【０００３】
半田ボールを基板の下地電極面に固定する場合、一般に、フラックスを下地電極面に形成したり、あるいは半田ボールの移送途中で半田ボールの下側の面にフラックスを塗布し、かつ半田ボールとフラックスを加熱溶融させて半田ボールを下地電極に固定する。また、低温度で溶融しない金属ボールを下地電極に固定する場合は、接着層を下地電極面に形成したり、あるいはボールの移送途中でボールの下側の面に接着層を塗布し、かつ接着層およびボールを加熱してボールを下地電極に固定する。本明細書では、フラックスおよび接着層を含めて、以下単に接合材と呼称する。
【０００４】
ＣＳＰやＢＧＡ等の半導体装置において、電極のファインピッチ化により、隣接するボール間隔がさらに狭小化されるため、ボール供給はより高精度な位置決めに基づく供給が要請される。
【０００５】
基板にボールを搭載するボール搭載機については、例えば、工業調査会発行「電子材料」1998年９月号、Ｐ46〜Ｐ50に記載されている。この文献には、ファインピッチ（０．３ｍｍφボール，０．５ｍｍピッチ）でボール搭載が可能なＣＳＰ対応ＢＧＡボール搭載機について記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＢＧＡ，ＣＳＰ等の半導体装置の製造におけるボール搭載工程で、基板の出来合いによって歩留りが大きく左右されることが判明した。即ち、基板が反ったり、傾斜していると、供給されたボールが搭載位置からずれたり、あるいはボールの未搭載が発生する。この不良発生率は反りや傾きが大きい程高くなる。
【０００７】
図１９は従来のボール搭載機によるボールの搭載状況を示す模式図である。図１９（ａ）に示すように、板状のボールマウントツール１の下面であるツール下面２には複数の吸着孔３が設けられ、この吸着孔３の吸着孔端にボール４、例えば、半田ボール４が真空吸着によって保持されるようになっている。吸着孔３内に示される矢印は真空吸着のための空気の吸引方向を示す。
【０００８】
半田ボール４を保持したボールマウントツール１は、図１９（ｂ）に示すように、基板５の一面（上面）に接近させられるとともに位置決めがなされる。基板５の一面には図示しない下地電極が形成されているとともに、この下地電極上に接合材６が形成されている。前記ボールマウントツール１は、保持している半田ボール４が接合材６上に重なるように位置合わせされる。位置合わせ後の状態では、半田ボール４と接合材６との間の距離は０〜０．３ｍｍ程度に設定される。
【０００９】
つぎに、真空吸着は解除される。この真空吸着の解除によって吸着孔３の吸着孔に保持されていた半田ボール４は落下し、基板５の表面に形成された接合材６上に載る。
【００１０】
しかし、図１９（ｂ）に示すように基板５が反っていると、ボールマウントツール１のツール下面２から基板５の表面までの間隔が一部では大きくなる。この間隔が大きくなった箇所では半田ボール４の落下時の反発力の増大から跳ね上がったり、あるいは基板表面の反りによる傾斜によって転がり、半田ボール４の供給位置のずれが発生し、場所によっては接合材６上から大きくずれたり、あるいは完全に外れる。この結果、半田リフローが起こった場合、ボール搭載不良が発生し、ＣＳＰやＢＧＡ等の半導体装置の歩留り低下を来す。
【００１１】
換言するならば、基板５が反っていると、その反りの大小にもよるが、反りが極めて微小でない限り、ボールマウントツール１のツール下面２が基板側の反りに追従できなくなり、半田ボール４の落下長がばらつき、安定したボール搭載を行うことができなくなる。ツール下面に対して基板が傾斜している場合も同様に半田ボールの高精度な供給ができなくなるとともに、ボールの未搭載不良も発生する。
また、基板５が反っていると、段取り作業でのツール下面の基板面に対する調整も難しく、時間が掛かり、ボール搭載コストの高騰を招く。
【００１２】
本発明の目的は、ＣＳＰ，ＢＧＡ等の半導体装置の製造において、基板に安定したボール搭載を行うことができる半導体装置の製造方法および半導体製造装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、半導体装置の製造において反った基板や傾斜した基板に対しても安定したボール搭載を行うことができる半導体装置の製造方法および半導体製造装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、段取り作業での基板面に対するツール下面の面姿勢調整作業が容易となる半導体製造装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、ボール搭載歩留り向上を図ることにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１４】
（１）ボールマウントツールのツール下面に設けた複数の吸着孔にボールを真空吸着した後、前記ツール下面を基板の上面に接近させて位置決めするとともに前記真空吸着を解除して前記基板の上面に設けた下地電極上に前記ボールを供給し、その後前記ボールまたは前記下地電極上に設けた接合材もしくは前記ボールの表面に塗布した接合材を一時的に加熱溶融して前記ボールを前記下地電極に固定する半導体装置の製造方法であって、
前記ボールマウントツールを、ツール本体と、このツール本体の下面に沿って設けられる可撓性の変形板とで構成するとともに、前記吸着孔は真空吸引及び気体噴射する吸引・噴射用孔であり、前記変形板に前記下地電極に対応しかつ前記ボールよりも直径が小さい可動吸着孔を設けておき、
ボール吸着時には前記可動吸着孔に前記ボールを真空吸着保持し、
ボール供給時には、ツール下面を前記基板に接近させた後、前記真空吸着を解除させるとともに気体を前記吸引・噴射用孔を介して送り込み、噴射する前記気体の噴射圧と、前記噴射する気体の圧力によって変形した前記変形板とで、前記ボールを前記基板に押し付けてボールを前記下地電極に供給する。
【００１５】
このような半導体装置の製造は以下の半導体製造装置で行う。即ち、ボールマウントツールのツール下面に複数のボールを真空吸着した後、前記ツール下面を基板の上面に接近させて位置決めするとともに前記真空吸着を解除して前記基板の上面に設けた下地電極上に前記ボールを供給し、その後前記ボールまたは前記下地電極上に設けた接合材もしくは前記ボールの表面に塗布した接合材を一時的に加熱装置によって加熱溶融して前記ボールを前記下地電極に固定する半導体製造装置であって、
前記ボールマウントツールをツール本体と、このツール本体の下面に沿って設けられる可撓性の変形板とで構成し、
前記変形板には前記下地電極に対応しかつ前記ボールよりも直径が小さい可動吸着孔が設けられ、
前記ツール本体には前記可動吸着孔に対応しかつ前記可動吸着孔での前記ボールの保持に支障がない大きさの吸引・噴射用孔である吸着孔が設けられ、
前記変形板は前記吸引・噴射用孔からの気体噴射による気圧変動で変形する構成になり、
前記可動吸着孔に前記ボールを真空吸着するように構成され、
前記ボールマウントツールのツール下面を前記基板に接近させ、前記真空吸着を解除させるとともに気体を前記吸引・噴射用孔から噴射させ、前記噴射する前記気体の噴射圧と、前記噴射する気体の圧力によって変形した前記変形板とで、前記ボールを前記接合材を介して前記基板に押し付けてボールを前記基板に供給するように構成されている。
【００１６】
前記加熱装置は前記ボール搭載を行うボール供給ステーションとは異なる加工ステーションに配置されている。
【００１７】
（２）ボールマウントツールのツール下面に複数のボールを真空吸着した後、前記ツール下面を基板の上面に接近させて位置決めするとともに、前記真空吸着を解除して前記基板の上面に設けた下地電極上に前記ボールを供給し、その後前記ボールまたは前記下地電極上に設けた接合材もしくは前記ボールの表面に塗布した接合材を一時的に加熱溶融して前記ボールを前記下地電極に固定する半導体装置の製造方法であって、
前記ボールマウントツールをツール本体と、このツール本体の下面に沿って設けられる可撓性の変形板とで構成し、
前記変形板に前記下地電極に対応しかつ前記ボールよりも小さい直径の可動吸着孔を設け、
前記ツール本体は前記変形板に対面する面からの真空吸引および気体噴射ができる通気性が良好な多孔質体で形成し、
ボール吸着時には前記ツール本体内を通して真空吸引を行って前記可動吸着孔に前記ボールを真空吸着し、
ボール供給時には、前記ツール下面を前記基板に接近させた後、前記真空吸着を解除させるとともに気体を前記ツール本体に送り込み、前記ツール本体下面から噴射する前記気体の噴射圧と、前記ツール本体から噴射する気体の噴射圧によって変形した前記変形板とで、前記ボールを前記接合材を介して前記基板に押し付けてボールを前記下地電極に供給する。
【００１８】
このような半導体装置の製造は以下の半導体製造装置で行う。即ち、ボールマウントツールのツール下面に複数のボールを真空吸着した後、前記ツール下面を基板の上面に接近させて位置決めするとともに、前記真空吸着を解除して前記基板の上面に設けた下地電極上に前記ボールを供給し、その後前記ボールまたは前記下地電極上に設けた接合材もしくは前記ボールの表面に塗布した接合材を一時的に加熱装置によって加熱溶融して前記ボールを前記下地電極に固定する半導体製造装置であって、
前記ボールマウントツールをツール本体と、このツール本体の下面に沿って設けられる可撓性の変形板とで構成し、
前記変形板には前記下地電極に対応しかつ前記ボールよりも直径が小さい可動吸着孔が設けられ、
前記ツール本体は前記変形板に対面する面からの真空吸引および気体噴射ができる通気性が良好な多孔質体で形成され、
前記変形板は前記真空吸着または前記気体噴射による気圧変動で変形する構成になり、
前記可動吸着孔に前記ボールを真空吸着保持するように構成され、
前記ボールマウントツールの前記ツール下面を前記基板に接近させ、前記真空吸着を解除させるとともに気体を前記ツール本体から噴射させ、前記気体の噴射圧と、前記ツール本体から噴射する気体の圧力によって変形した前記変形板とで、前記ボールを前記接合材を介して前記基板に押し付けてボールを前記基板に供給するように構成されている。
【００１９】
前記加熱装置は前記ボール搭載を行うボール供給ステーションとは異なる加工ステーションに配置されている。
【００２０】
（３）前記（２）の構成において、前記ツールはさらに前記ツール本体の周囲に設けられた圧縮気体を送り込む気体噴射系を有し、該気体噴射系を介して前記変形板に圧縮気体を送り込むように構成されている。
【００２１】
前記（１）の手段によれば、（ａ）ボールマウントツールをツール本体と変形板とで構成し、真空吸着時はボールを可動吸着孔に保持し、基板にボールを供給するときは前記真空吸着を解除するとともに逆に気体を噴射させることから、変形板は噴射による気体の圧力で基板面に沿うように変形し、可動吸着孔の縁部分でボールを基板に押し付けるように作用し、かつボールは吸着孔から噴射される気体の噴射圧によって基板に押し付けられるため、基板に対して位置ずれのないボール供給が行えることになる。従って、その後のリフロー処理によって高精度なボール搭載が行えることになる。
【００２２】
（ｂ）ツール下面に対して基板面が反り返っていても、また傾斜していても、それら反りや傾斜に対して変形板が倣うように変形することから、常に可動吸着孔に高精度にボールを保持することができ安定したボール搭載を行うことができる。従って、ボール搭載歩留りが向上し、半導体装置の製造コストの低減が達成できる。
【００２３】
（ｃ）基板面に対するツール下面の面姿勢は余裕度が高いことから、段取り作業でのツール下面の面姿勢調整作業が容易となる。
【００２４】
（ｄ）上記（ａ）〜（ｃ）により、半導体装置の製造コストの低減が達成できる。
【００２５】
前記（２）の手段によれば、前記（１）の手段の効果と同様な効果を得ることができる。即ち、ボールマウントツールを多孔質体からなるツール本体と変形板とで構成し、真空吸着時はボールを可動吸着孔に保持し、基板にボールを供給するときは前記真空吸着を解除するとともに逆に気体を噴射させ、ボールを噴射圧によって基板に押し付けるとともに、気体の圧力で変形した変形板の可動吸着孔の縁部分でボールを基板面に押し付けるため、安定したボール搭載を行うことができる。従って、ツール下面に対して基板面が反り返っていたり傾斜していても高歩留りなボール搭載が可能になる。
【００２６】
前記（３）の手段によれば、前記（２）と同様に基板面が反り返っていたり傾斜していても安定したボール搭載を行うことができ、高歩留りなボール搭載が可能になる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２８】
（実施形態１）
図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態（実施形態１）である半導体装置の製造方法によるボール供給方法を示す模式図である。
本実施形態１では、ＣＳＰやＢＧＡ等の半導体装置の製造において、基板（配線基板）の一面に設けた下地電極上にそれぞれボールを高精度に搭載できる技術について説明する。
【００２９】
本実施形態１では半導体製造装置の一部、即ち基板にボールを供給する部分を示してある。本実施形態１は図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、ボールマウントツール１はツール本体１１と、このツール本体１１の下面に沿って設けられる弾性体からなる可撓性の変形板１２等とで構成され、変形板１２の下面がツール下面２になっている。変形板１２はツール本体１１の周囲を囲む枠体１３の下底にその周囲を固定するように張り付けられ、気体を吹き付けたり、真空吸着させるとその気圧変動で変形するような構成になっている。
【００３０】
前記ボールマウントツール１は、図示しないボール搭載ステーションに配置され、かつ基板５が載置される図示しないガイドテーブル上に位置する。このボールマウントツール１は図示しない移動機構に支持され、移動機構の動作によってガイドテーブルに対して三次元的に移動制御されるようになっている。従って、移動機構によってボールマウントツール１は基板５上に高精度に位置決めされる。
【００３１】
また、枠体１３はツール本体１１に対してＺ軸方向、即ちガイドテーブルに接近・離反する方向に所定距離スライドできる構成になっている。この結果、変形板１２はツール本体１１の下面に対して所定のオフセット距離だけ離れるように設定できるとともに、ツール本体１１の下面に接触させることもできる。
【００３２】
前記変形板１２には、前記ガイドテーブル上に位置決め載置される基板５の下地電極に対応する可動吸着孔１４が設けられている。ここでは、下地電極は図示されておらず、この下地電極上に接合体６が設けられている。この接合材６はボールを下地電極に固定するための加熱溶融（リフロー）される接着層またはボールがリフローされる場合はフラックスとなる。ボールが半田ボールの場合は、特に接合材を用いることなくフラックスでもよい。
【００３３】
前記可動吸着孔１４の直径はボール４、例えば、半田ボール４の直径よりも小さくなり、真空吸着によって可動吸着孔に半田ボール４を保持することができるようになっている。
また、ツール本体１１には可動吸着孔１４に対応しかつ可動吸着孔での半田ボール４の保持に支障がない大きさの吸着孔３が設けられている。
【００３４】
図１ではツール本体１１の上部および枠体１３の上部は開放された構造になっているが、実際のものは閉じられ、前記吸着孔３は管に接続されている。この管は分岐して２系統の管路となり、一方の管路はバキュウム装置に接続されて吸着孔３および可動吸着孔１４による真空吸着がなされるようになり、他方の管路は圧縮気体を供給するコンプレッサに接続されて吸着孔３および可動吸着孔１４から気体２０を噴射するようになっている。
【００３５】
本実施形態１のボールマウントツール１では、変形板１２は真空吸着または前記吸着孔からの気体噴射による気圧変動で反るような形で変形できる構成になっている。
【００３６】
このようなボールマウントツール１は、図示しないボールストック部で図１（ａ）に示すように、図示しないバキュウム装置が動作して、ツール下面２の可動吸着孔１４に半田ボール４を真空吸着する。このとき、真空吸着によって変形板１２はツール本体１１の下面に接触する状態になる。なお、図１（ａ）で示す矢印は真空吸着時の空気の流れ方向を示すものである。
【００３７】
つぎに、ボールマウントツール１はガイドテーブル上に移動し、かつ降下してツール下面２をガイドテーブル上に位置決め載置された基板５に近接させる。基板５に対してボールマウントツール１は相対的に位置決めされる。基板５と変形板１２のツール下面２との間隔は、例えば、０〜０．３ｍｍ程度となる。
【００３８】
つぎに、図１（ｂ）に示すように、前記真空吸着を解除するとともに、管路を切り換えて逆に吸着孔３内に気体２０を送り込む、この気体２０は直接半田ボール４を基板５上に押し付けるように作用するとともに、可撓性の変形板１２もその噴射圧（気圧変動）で変形し、可動吸着孔１４の縁部分で半田ボール４を基板５に押し付けるようになる。即ち、結果的には変形板１２の各可動吸着孔１４の縁で半田ボール４を支持した状態で、かつ前記気体２０の噴射圧で半田ボール４を基板５の接合材６上に押し付けるようになるため、位置ずれのないボール供給が可能になる。この場合、枠体１３はツール本体１１に対してスライドして設定距離降下する。
【００３９】
図１（ｂ）は基板５の中央側が上方に突出するように反り返っている状態でのボール供給であり、図１（ｃ）は基板５の中央側が下方に窪むように反り返っている状態でのボール供給である。これらの図に示すように基板５の反り状態が相互に逆の場合であっても、位置ずれのない安定したボール搭載を行うことができる。
【００４０】
前記気体としては、圧縮空気やボール４等の酸化を防止するために窒素ガス等が送り込まれる。
【００４１】
前記実施形態ではボールの真空吸着時、ツール本体１１の変形板１２に対面する面と変形板１２のツール本体１１に対面する面が接触する状態に枠体１３がツール本体１１に対して設定されている状態を示したが、ツール本体１１と変形板１２との間に所定のオフセット距離を設定してもよい。そして、図１（ｂ）に示すように基板５の中央側が上方に突出するように反り返る状態、あるいは図１（ｃ）に示すように基板５の中央側が下方に窪むように反り返る状態でも、変形板１２を反り返らせて基板５に倣うようにしてボール供給を行うようにしてもよい。この場合は、枠体１３をツール本体１１に対してＺ方向にスライドする構成としなくてもよい。
【００４２】
ボール供給後、前記ボールマウントツール１は上昇し、元位置に復帰する。また、基板５はガイドテーブル上を他の異なる加工ステーション（リフローステーション）に移動させられ、リフローステーションの加熱装置によってリフローされて半田ボール４が基板５の図示しない下地電極上に固定される。
【００４３】
本実施形態１によれば、以下の効果が得られる。
（１）ボールマウントツール１をツール本体１１と可撓性の変形板１２とで構成し、真空吸着時はボール４を可動吸着孔１４に保持し、基板５にボール４を供給するときは前記真空吸着を解除するとともに逆に気体２０を噴射させることから、変形板１２は噴射による気体２０の圧力で基板面に沿うように変形し、可動吸着孔１４の縁部分でボール４を基板５に押し付けるように作用し、かつボール４は吸着孔３から噴射される気体２０の噴射圧によって基板５に押し付けられるため、基板５に対して位置ずれのないボール供給が行えることになる。従って、その後のリフロー処理によって高精度なボール搭載が行えることになる。
【００４４】
（２）ツール下面２に対して基板面が反り返っていても、また傾斜していても、それら反りや傾斜に対して変形板１２が倣うように変形することから、常に可動吸着孔１４に高精度にボール４を保持することができ安定したボール搭載を行うことができる。従って、ボール搭載歩留りが向上し、半導体装置の製造コストの低減が達成できる。
【００４５】
（３）基板面に対するツール下面２の面姿勢は、ツール下面２を形成する変形板１２が可撓性であり、気体２０によって変形するため、面姿勢の余裕度が高く、段取り作業でのツール下面２の面姿勢調整作業が容易となり、段取り作業時間の短縮が達成できる。
【００４６】
（４）上記（１）〜（３）により、歩留り向上と段取り作業時間の短縮により半導体装置の製造コストの低減が達成できる。
【００４７】
（実施形態２）
図２乃至図１７は本発明の他の実施形態（実施形態２）の半導体装置の製造方法に係わる図である。図２は本実施形態２におけるボールマウントツールと、基板へのボール供給状態を示す模式図である。本実施形態２のボールマウントツール１は、実施形態１のボールマウントツール１において、ツール本体１１を多孔質体で形成した点が特徴である。また、図２は上面中央側が突出するように反った基板５にボール４を安定供給する状態を示す図である。
【００４８】
図２に示すように、ボールマウントツール１は、支持板３２を有するとともに、この支持板３２の下面にはツール本体１１が固定されている。そして、ツール本体１１の下面側には可撓性の変形板１２が配置されている。前記ツール本体１１の周面は支持板３２に固定されるガイド板３３で覆われている。前記ガイド板３３に囲まれる領域に対応する変形板１２の領域には可動吸着孔１４が設けられている。また、変形板１２の周囲はベロー等の弾性材による支持体３４で弾力的に支持されている。
【００４９】
ボールマウントツール１は、前記実施形態１と同様に変形板１２の下面がツール下面２となり、可動吸着孔１４にボール４、例えば、半田ボール４を真空吸着して、図示しないガイドテーブル上に載置された基板５の接合材６上にボール４を供給するように構成されている。
【００５０】
前記ツール本体１１はその下面全面が空気吸引面となるように通気性が良好な多孔質体で形成されている。前記多孔質体、即ちポーラス材としては、一般に使用されているセラミックスや樹脂性さらにはメタリックなものが使用される。
【００５１】
また、支持板３２には図示しないバキュウム装置から延在する真空吸引用パイプが接続される真空吸引用孔３５と、図示しないコンプレッサから延在する圧縮気体を送る圧縮気体用パイプが接続される圧縮気体用孔３６が設けられている。真空吸引用孔３５はガイド板３３の内側の領域の支持板３２に設けられ、圧縮気体用孔３６はガイド板３３の外側の領域の支持板３２に設けられている。
【００５２】
従って、真空吸引用孔３５を利用しての真空吸引はツール本体１１の下面を通して行われ、圧縮気体用孔３６利用しての気体噴射はツール本体１１の下面側に回り込んだ圧縮気体によって行われる。
【００５３】
また、ツール本体１１が多孔質体となることから、前記圧縮気体用孔３６をガイド板３３の内側の領域の支持板３２に設け、ツール本体１１の下面全域から圧縮気体を噴射するようにしてもよいことは勿論である。また、圧縮気体としては、圧縮空気やボール等の酸化を防止するために窒素ガス等が送り込まれる。なお、図２における矢印は真空吸引や気体噴射の際の気体の流れ方向を示すものである。
【００５４】
図２に示すように、上面中央側が突出するように反った基板５であっても、気体噴射による気圧変動で変形板１２が変形する構成になっていることから、変形板１２は基板５の反った面に倣って変形し、安定したボール供給を行うことができる。
【００５５】
つぎに、このようなボールマウントツール１が組み込まれた半導体製造装置、即ち、ボール搭載機とボール搭載について図３乃至図１５を参照しながら説明する。図３はボール搭載機の外観を示す正面図、図４は平面図である。図３および図４に示すように、ボール搭載機は左から右に向かって供給機４１，ボール供給機（ボールマウンタ）４２，リフロー炉４３，回収機４４が配置され、ワークである基板が図示しないガイドテーブルに載って順次間欠的に移送され、各加工ステーションで各処理がなされ、半導体装置の製造工程であるボール搭載が終了する構成になっている。
【００５６】
図５はボール供給部の模式的平面図であり、図６はボール供給部におけるボールマウントツールの動きを示す模式図である。ボール供給ステーションでは、ワークはワーク搬送ユニット４５によって間欠的に移動し、ワーク位置決めユニット４６によって位置決めされる。ワーク２３は、図１５に示すように、キャリア治具４６ａによって保持される。ワーク２３は、その周縁部分を除く中央の矩形領域が半導体装置を製造する基板領域となる基板素材となっている。前記基板領域は、例えば、３行３列に区画され、区画された各領域が前記基板５となる。ワーク２３に対して、ボールが供給され、リフローされる。また、工程の最終段階において前記区画線で分割することによって半導体装置が製造されることになる。
【００５７】
図５に示すように、ワークの搬送路に直交して１本のガイドレール４７が平行に配置されている。そしてこのガイドレール４７上をロボット４８が移動するようになっている。ロボット４８にはボールマウントツール１が取り付けられている。そして、ボールマウントツール１の移動域には、ボール搬送路側からボール持ち返り検査ユニット４９，ボールストッカユニット５０，整列検査ユニット５１，フラックス槽ユニット５２が配置されている。
【００５８】
また、図２に示すように、支持板３２はロードセル３１を介してロボット４８の図示しない昇降軸の下端に取り付けられている。このロードセル３１はボールマウントツール１と基板５がボール４を介して接触した瞬間の圧力変化を検出して前記昇降軸を停止させる等の昇降制御用センサーとなっている。これにより、基板５に対して過不足のない圧力でボール４の供給が行えることになる。
【００５９】
このようなボール供給ステーションでは、図６に示すように、ボールを保持しない空のボールマウントツール１は、ボールストッカユニット５０に対して降下し、ボールマウントツール１のツール下面２にボール４を真空吸着した後、上昇し、整列検査ユニット５１上を通過する際、光学的な整列検査ユニット５１で保持したボールの整列状態の良否が検査され、良い場合はフラックス槽ユニット５２に進み、再び降下して保持したボールの下側にフラックスが塗布される。
【００６０】
フラックスの塗布が終了したボールマウントツール１は一定高さにまで上昇した後、ボール搬送路まで進み、再び降下して、位置決めされた基板５上にボール４が供給される。ボール供給後、ボールマウントツール１は再び一定高さまで上昇し、ボールストッカユニット５０に進むが、この途中で発光器４９ａと受光器４９ｂで構成される光学検査機構からなるボール持ち返り検査ユニット４９でボールマウントツール１のツール下面２にボールが存在するか否かが検査される。前記整列検査ユニット５１およびボール持ち返り検査ユニット４９による検査で不良と判定された場合、ボール搭載機は自動的に停止し、不良ボール搭載を防ぐようになっている。
【００６１】
つぎに、このようなボール搭載機によるボール搭載、即ち半導体装置の製造方法について説明する。図７に示すように、ボールマウントツール１をそのツール下面２がボールストッカユニット５０のストッカ５０ａ上に所定間隔（例えば、１．０〜３．０ｍｍ）となるように降下させて停止させる。その後真空吸着を行い変形板１２の可動吸着孔１４にそれぞれボール４、例えば、半田ボール４を真空吸着保持する。
【００６２】
つぎに、所定時間経過後、図８に示すように、ボールマウントツール１を上昇させるとともに、図６に示すように、整列検査ユニット５１上を通過させてフラックス槽ユニット５２に進ませる。整列検査ユニット５１によって各列の可動吸着孔１４に半田ボール４が保持されているか否かが検査され、全ての可動吸着孔１４に半田ボール４が保持されていればボールマウントツール１はフラックス槽ユニット５２側に進み、一部でも半田ボール４がない場合はボール搭載機は停止する。
【００６３】
フラックス槽ユニット５２に進んだボールマウントツール１は、図６に示すように、フラックス槽５２ａに対して所定高さまで降下した後上昇する。この降下，昇降動作によってボールマウントツール１のツール下面２に保持された半田ボール４の下側にフラックスが塗布されることになる。
【００６４】
つぎに、ボールマウントツール１はボール搬送路に進み、再び降下し、図９に示すように、基板５の上に接近した状態で停止する。例えば、ボールマウントツール１のツール下面２と基板５の上面との間隔は０〜０．３ｍｍ程度になる。
【００６５】
その後、真空吸着が解除されると同時に圧縮気体が圧縮気体用孔３６に送り込まれる。この圧縮気体２０は変形板１２を気圧変動で基板５に押し付けるとともに、変形板１２の可動吸着孔１４内に露出する半田ボール面にも作用することから、半田ボール４を基板５に対して押し付けることになる。
【００６６】
変形板１２は基板５の表面姿勢に倣うように変形する。また、可動吸着孔１４の縁によって形成される円形座に納まる半田ボール４は、半田ボール４に加わる圧縮気体の圧力（噴射圧）によって円形座に安定して納まるように動くため、可動吸着孔１４の中心に半田ボール４の中心線が位置するようになり、半田ボール４は可動吸着孔１４に高精度に位置決めされることになる。この結果的、基板５の各図示しない下地電極に対して高精度に位置決めされることになる。
【００６７】
この例では、半田ボール４の下面側にフラックスを塗布した例について説明しているが、基板５の各下地電極上にフラックス等の接合材６を塗布しておいた場合には、半田ボール４は各接合材６の中心に対して高精度に位置決めされて押し付けられることになる。
【００６８】
図２は上面中央側が突出するように反った基板５にボール４を供給する状態を示す図である。このような基板５に対しても、変形板１２は圧縮気体によって変形し、可動吸着孔１４の縁で半田ボール４を基板５に押し付けることもあって半田ボール４は高精度に位置決めされて基板５に供給されることになる。
【００６９】
つぎに、ボールマウントツール１は基板５から離れるように上昇し、現位置に復帰し、次の基板５へのボール供給を行う。各半田ボール４はフラックスの接着力によって基板５に接着され、大きな振動を加えない限りその位置はずれない。従って、別ステーションであるリフローステーションでのリフローによって半田ボール４を基板５に固定することができる。
【００７０】
図１０は上面中央側が窪むように反った基板５に半田ボール４を供給する状態を示すものであるが、このような場合でも、変形板１２が変形して基板５の反りに倣うことから安定したボール供給を行うことができる。また、図１１は傾いた基板５に半田ボール４を供給する状態を示すものであるが、このような場合でも、変形板１２が変形して基板５の傾斜（α）に倣うことから安定したボール供給を行うことができる。
【００７１】
ボール供給後は、ワーク２３はリフロー炉４３に運ばれてリフローされる。これにより、基板５の下地電極上に供給された半田ボール４は接合材６（フラックス）の作用によって下地電極上に確実に固定される。その後、ワーク２３は回収機４４に回収される。図１３は各基板５部分に半田ボール４が固定（搭載）された状態を示す図である。また、右下の図は各区画線で分断された場合の個片化の状態を示すものであり、ＢＧＡ型半導体装置におけるボール配列を示すものとなる。
【００７２】
つぎに、図１２に示すように、ワーク２３の半導体チップが搭載された面側は絶縁性の樹脂で覆われて保護体２７（パッケージ）が形成される。保護体２７は９個の基板５の領域全体を覆うように形成される。図１３は前記ワーク２３の底面図であり、９個の基板５の部分には整然と半田ボール４が固定され、外部電極端子を構成している。図１４は前記ワーク２３の模式的側面図である。同図から分かるように、ワーク２３の一面には半田ボール４が外部電極端子として固定され、他面には保護体２７が形成されている。またワーク２３は分割し易いように、区画線に沿って溝が設けられている。
【００７３】
つぎに、前記ワーク２３を各区画線で分断することによって、図１６に示すようなＢＧＡ型の半導体装置２４が製造される。図１３の右下に示す図は、分かり易いように区画線で分断された場合の基板５、即ち半導体装置２４のボール搭載面を示す図である。
【００７４】
半導体装置２４は、図１６に示すように、基板５の下面にボール４が固定されて外部電極端子が形成されている。基板５の上面にはＩＣ（集積回路装置）が形成された半導体チップ２５が固定されている。この半導体チップ２５の周囲には図示しない電極パッドが設けられているとともに、この電極パッドと前記基板５の上の図示しない配線は導電性のワイヤ２６で電気的に接続されている。配線は前記基板５を貫通するように設けられたビァーホールや内部配線を介して下面の各ボール４に電気的に接続されている。また、基板５の上面の半導体チップ２５やワイヤ２６は絶縁性の樹脂で形成された保護体２７で覆われて保護されている。
【００７５】
図１７は本実施形態２の半導体装置の製造方法によって製造されたＢＧＡ型の半導体装置２４を示すものであり、図１７（ａ）は基板５をガラスとエポキシ樹脂で形成した半導体装置２４であり、図１７（ｂ）は基板５を絶縁性のフィルム（テープ）で形成した半導体装置２４である。図１７（ｂ）の半導体装置２４においては、基板５の中央部分が絶縁性のレジン２８で塞がれている構造になっている。
【００７６】
本実施形態２におけるボール搭載機（半導体製造装置）を使用して半導体装置を製造した場合、前記実施形態１の場合と同様に反り返った基板５や傾斜した基板５に対しても、各ボール搭載箇所に確実にかつ高精度な位置決めのもとにボール搭載が行えるため、半導体装置の製造歩留りを向上させることができる。
【００７７】
本実施形態２では、圧縮気体の変形板やボールに対する噴射は、多孔質体となるツール本体の内部を通し、変形板に対面するツール本体面からの気体（圧縮気体）の噴射で行っても同様の効果を得ることができる。
【００７８】
（実施形態３）
図１８は本発明の他の実施形態（実施形態３）である半導体製造装置におけるボール搭載部の模式図である。前記実施形態では変形板は反り返って基板の表面に倣うものであるが、本実施形態３の場合の変形板１２はさらに柔軟な弾性体で構成され、よりきめ細かく基板５の表面に倣うものである。変形板１２としては、例えば、ステンレス板（０．０５〜０．２０ｍｍ厚さ程度）やプラスチック板等で形成されている。
【００７９】
本実施形態３のボール搭載機では、ボールマウントツール１を構成する変形板１２がより柔軟な弾性体材料で構成されていることから、ボール供給時、変形板１２は基板５の表面に対応して変形するため、より高精度な位置決めのもとにボールを供給することができる。
【００８０】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
本発明は少なくともボールを整列供給する技術には適用できる。
【００８１】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）ＣＳＰ，ＢＧＡ等の半導体装置の製造において、基板に安定したボール搭載を行うことができる。
（２）半導体装置の製造において反った基板や傾斜した基板に対しても安定したボール搭載を行うことができる。
（３）段取り作業での基板面に対するツール下面の面姿勢調整作業が容易となり、段取り作業時間の短縮が図れる。
（４）安定したボール搭載による歩留り向上と、段取り作業時間の短縮化から半導体装置の製造コストの低減が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態（実施形態１）である半導体装置の製造方法によるボール供給状態を示す模式図である。
【図２】本発明の他の実施形態（実施形態２）である半導体製造装置のボールマウントツール部分を示す模式図である。
【図３】  本実施形態２の半導体製造装置の外観を示す正面図である。
【図４】前記半導体製造装置の平面図である。
【図５】前記ボール供給部の模式的平面図である。
【図６】前記ボール供給部におけるボールマウントツールの動きを示す模式図である。
【図７】前記ボールマウントツールでボールを吸着する状態を示す模式図である。
【図８】前記ボールマウントツールにボールが吸着された状態を示す模式図である。
【図９】前記ボールマウントツールによって基板にボールを供給した状態を示す模式図である。
【図１０】前記ボールマウントツールによって上面中央側が窪むように反った基板にボールを供給する状態を示す模式図である。
【図１１】前記ボールマウントツールによって傾いた基板にボールを供給する状態を示す模式図である。
【図１２】本実施形態２の半導体装置の製造方法によって半田ボール搭載および樹脂封止が終了した基板を示す平面図である。
【図１３】前記半田ボール搭載および樹脂封止が終了した基板の底面図および、前記基板を分断して得られた半導体装置の底面図である。
【図１４】前記半田ボール搭載および樹脂封止が終了した基板を側面から見た模式図である。
【図１５】本実施形態２の半導体装置の製造方法において用いるキャリア治具の斜視図である。
【図１６】前記半導体装置の拡大断面図である。
【図１７】本実施形態２の半導体装置の製造方法によって製造されたＢＧＡおよびＣＳＰの斜視図である。
【図１８】本発明の他の実施形態（実施形態３）である半導体製造装置におけるボール搭載部の模式図である。
【図１９】従来のボール搭載機によるボール搭載状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１…ボールマウントツール、２…ツール下面、３…吸着孔、４…ボール（半田ボール）、５…基板、６…接合材、１１…ツール本体、１２…変形板、１３…枠体、１４…可動吸着孔、２０…気体（圧縮気体）、２３…ワーク、２４…半導体装置、２５…半導体チップ、２６…ワイヤ、２７…保護体、２８…レジン、３１…ロードセル、３２…支持板、３３…ガイド板、３４…支持体、３５…真空吸引用孔、３６…圧縮気体用孔、４１…供給機、４２…ボール供給機（ボールマウンタ）、４３…リフロー炉、４４…回収機、４５…ワーク搬送ユニット、４６…ワーク位置決めユニット、４６ａ…キャリア治具、４７…ガイドレール、４８…ロボット、４９…ボール持ち返り検査ユニット、４９ａ…発光器、４９ｂ…受光器、５０…ボールストッカユニット、５０ａ…ストッカ、５１…整列検査ユニット、５２…フラックス槽ユニット、５２ａ…フラックス槽。
【図１】
0003645795.tif 000002
【図２】
0003645795.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0003645795.tif 000015
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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