(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のボール吸着孔が形成された透光性の配列基板と、
前記配列基板を支持する基板支持体と、
前記基板支持体の内部に配設された面発光手段とを具備することを特徴とする微細金属球の吸着ヘッド。
【請求項２】
前記面発光手段と前記配列基板との間に透光性の補強部材が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の微細金属球の吸着ヘッド。
【請求項３】
前記補強部材は、透光性の多孔質材よりなることを特徴とする請求項２に記載の微細金属球の吸着ヘッド。
【請求項４】
多数のボール吸着孔が形成された透光性の配列基板と、
前記配列基板を支持する基板支持体と、
前記基板支持体の内部に配設された面発光手段と、
前記配列基板に吸着されている複数の微細金属球を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段から出力される撮像信号を解析する画像解析手段とを具備することを特徴とする検査装置。
【請求項５】
前記画像解析手段は、前記撮像手段により撮像された複数の微細金属球の陰影に基づいて、前記微細金属球の直径及び偏平率を検査することを特徴とする請求項４に記載の検査装置。
【請求項６】
多数のボール吸着孔が形成された透光性の配列基板と、
前記配列基板を支持する基板支持体と、
前記基板支持体の内部に配設された面発光手段と、
前記配列基板に吸着されている複数の微細金属球を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段から出力される撮像信号を解析する画像解析手段と、
前記画像解析手段の解析結果に基づいて不良な微細金属球を選別する選別手段とを具備することを特徴とする検査装置。
【請求項７】
前記面発光手段と前記配列基板との間に、前記配列基板を支持する透光性の補強部材が配設されていることを特徴とする請求項４〜６の何れか１項に記載の検査装置。
【請求項８】
前記補強部材は、透光性の多孔質材よりなることを特徴とする請求項７に記載の検査装置。
【請求項９】
多数のボール吸着孔が形成された透光性の配列基板に複数の微細金属球を一括して吸着する工程と、
前記一括して吸着した複数の微細金属球を、前記配列基板の内部に配設された面発光手段にて照射する工程と、
前記面発光手段によって照射された配列基板のボール吸着面を撮像手段にて撮像して、前記配列基板の陰影画像を形成する工程と、
前記撮像工程で形成した前記配列基板の陰影画像に基づいて、前記配列基板に一括して吸着されている複数の微細金属球の良否及び吸着状態を検査する工程とを有することを特徴とするボールバンプ形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微細金属球の吸着ヘッド、及びそれを用いた検査装置、並びにボールバンプ形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、微細金属球の形状を検査する場合には、微細金属球を適当に散乱させた状態で落射光の反射画像、あるいは透過光の陰影画像を解析して行っていた。しかしながら、微細金属球（３０μｍ〜８００μｍ）は適当に散乱させただけでは複数の微細金属球が凝集してしまい、お互いに接触してしまうことが多い。
【０００３】
そのため、落射光の反射画像または透過光の陰影画像を検査する方法では、接触した部分を画像処理により分離しなければならないが、前記分離は困難であるばかりでなく、分離時に精度が低下する問題があった。特に、球体を落射光の反射画像で見る場合、焦点の僅かなずれにより検査精度が著しく低下してしまう問題があった。
【０００４】
また、微細金属球を選別して、粒径が所定の範囲に収まる微細金属球を揃えるために、従来よりふるい分けを行っているが、ふるいの精度が十分でないと微細金属球を高精度にふるい分けできない問題があった。また、扁平した微細金属球は選別できない問題があった。
【０００５】
なお、ヘッドを暗箱として用い、ボール吸着孔からの漏れる光で欠落ボールの有無を検査する方法も知られているが、この方法はボール吸着孔に微細金属球が吸着されているか否かを検査することができるのみである。したがって、この方法は微細金属球の大きさ及び形状を検査することができないので、微細金属球の検査用としては利用できなかった。
【０００６】
ところで、配列基板に微細金属球を吸着した状態において、前記配列基板に吸着されている微細金属球を撮像して陰影画像を形成し、前記陰影画像を解析して欠落ボールの有無をする方法が、例えば、特開平３−２２５８３２号、特開平８−９７２１８号によって提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、配列基板に微細金属球を吸着した状態で検査する従来の装置は、前記配列基板を透過させるためのバックグランド光の光源を吸着ヘッドの外部に配設しているので、バックグランド光の強度にむらが生じてしまう問題があった。このため、従来の装置の場合は、前記バックグランド光の強度むらに起因する誤差が大きいので、前記配列基板に微細金属球が吸着されているか否かを検査する場合には使用できるが、撮像によって得られた画像を解析して微細金属球の大きさ及び形状を検査することは困難であった。
【０００８】
本発明は前述の問題点にかんがみ、配列基板に吸着保持されている微細金属球の大きさ及び形状を、前記微細金属球の陰影画像に基づいて高精度に検査できるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の微細金属球の吸着ヘッドは、多数のボール吸着孔が形成された透光性の配列基板と、前記配列基板を支持する基板支持体と、前記基板支持体の内部に配設された面発光手段とを具備することを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の吸着ヘッドの他の特徴とするところは、前記面発光手段と前記配列基板との間に透光性の補強部材が配設されていることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の吸着ヘッドのその他の特徴とするところは、前記補強部材は、透光性の多孔質材よりなることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の検査装置は、多数のボール吸着孔が形成された透光性の配列基板と、前記配列基板を支持する基板支持体と、前記基板支持体の内部に配設された面発光手段と、前記配列基板に吸着されている複数の微細金属球を撮像する撮像手段と、前記撮像手段から出力される撮像信号を解析する画像解析手段とを具備することを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の検査装置の他の特徴とするところは、前記画像解析手段は、前記撮像手段により撮像された複数の微細金属球の陰影に基づいて、前記微細金属球の直径及び偏平率を検査することを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の検査装置のその他の特徴とするところは、多数のボール吸着孔が形成された透光性の配列基板と、前記配列基板を支持する基板支持体と、前記基板支持体の内部に配設された面発光手段と、前記配列基板に吸着されている複数の微細金属球を撮像する撮像手段と、前記撮像手段から出力される撮像信号を解析する画像解析手段と、前記画像解析手段の解析結果に基づいて不良な微細金属球を選別する選別手段とを具備することを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の検査装置のその他の特徴とするところは、前記面発光手段と前記配列基板との間に、前記配列基板を支持する透光性の補強部材が配設されていることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の検査装置のその他の特徴とするところは、前記補強部材は、透光性の多孔質材よりなることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明のボールバンプ形成方法は、多数のボール吸着孔が形成された透光性の配列基板に複数の微細金属球を一括して吸着する工程と、前記一括して吸着した複数の微細金属球を、前記配列基板の内部に配設された面発光手段にて照射する工程と、前記面発光手段によって照射された配列基板のボール吸着面を撮像手段にて撮像して、前記配列基板の画像を形成する工程と、前記撮像工程で形成した前記配列基板の画像に基づいて前記配列基板に一括して吸着されている複数の微細金属球の良否及び吸着状態を検査する工程とを有することを特徴としている。
【００１８】
【作用】
本発明は前記技術手段を有するので、配列基板を透過する光の源となる面発光手段が吸着ヘッド内に設けられることにより、微細金属球を吸着した状態の配列基板の陰影画像を形成するための撮像を行う際のバックグラウンド光の強度を安定させることが可能となり、これにより、強度むらが少ない光を配列基板に照射することができ、微細金属球を吸着した配列基板の陰影画像を高精度に解析することが可能となる。
【００１９】
また、吸着ヘッドの内部に面発光手段を配設したことにより、吸着ヘッドの後部を透明にしなくても済むので、吸着ヘッドを保持する構造の自由度および信頼性を向上させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
まず、図１に示すように、本実施形態の微細金属球の吸着ヘッド１は、配列基板２と、前記配列基板２を支持する基板支持体３と、前記基板支持体３の内部に形成されている空間３ａ内に配設された面発光体４とにより構成されている。また、撮像装置１０及び画像解析装置１１により、微細金属球６を認識して検査する装置が構成されている。
【００２１】
前記配列基板２の吸着面には複数のボール吸着孔５が形成されており（図１には４個のボール吸着孔５が形成されている例を示しているが、実際には数十個、あるいは数百個のボール吸着孔５が形成される）、基板支持体３の内部空間３ａが、減圧／加圧系統７を介して接続された減圧／加圧装置（図示せず）によって減圧されることにより、前記ボール吸着孔５に微細金属球６が真空吸着される。本実施形態においては、前記配列基板２は透光性材料によって構成されている。
【００２２】
前記内部空間３ａ内に配設された面発光体４は、前記基板支持体３のボール吸着孔５に吸着された微細金属球６を撮像する際のバックグラウンド光として設けられたものであり、図１中に矢印８で示したように、配列基板２に向けて平行光を照射する。
【００２３】
前記面発光体４により、吸着ヘッド１の内部から照射されることにより、吸着ヘッド１からは配列基板２を透過した光９が出力される。本実施形態においては、前記配列基板２の透過光９を撮像装置１０によって撮像して配列基板２の陰影画像を形成し、前記陰影画像を画像解析装置１１に出力する。
【００２４】
前記画像解析装置１１は、撮像装置１０から入力された配列基板２の陰影画像を解析し、前記配列基板２に吸着されている微細金属球６の大きさ及び形状を検査する。そして、その検査結果に基づいて、前記配列基板２に吸着されている各微細金属球６が、予め設定されている範囲内に入っているか否かを判定する。
【００２５】
前述のように、本実施形態においては前記配列基板２を透過させるバックグラウンド光の光源を吸着ヘッド１の内部に設けたので、陰影画像を形成する際に必要な光源と、配列基板２に吸着されている各微細金属球６とを可及的に接近させることができる。これにより、前記バックグラウンド光の光源を吸着ヘッド１の外部に設けた場合と比較して、陰影画像を形成するために必要不可欠なバックグラウンド光の強度を安定させることができ、微細金属球６の大きさ及び形状を精度よく解析することが可能となる。
【００２６】
また、吸着ヘッド１の内部に発光手段を配設したことにより、吸着ヘッド１の後部を透明に形成しなくても済むので、吸着ヘッド１を保持する構造の自由度および信頼性を大幅に向上させることができる。
【００２７】
次に、前述のように構成された吸着ヘッド１及び検査装置を、ボールバンプ形成装置に使用した例を、図１に加えて図２及び図３を参照しながら説明する。
図２及び図３に示すように、本実施形態のボールバンプ形成装置は、主要構成としてボール配列機構５１と、基板搬送機構５２と、ボール認識手段５３と、接合用ステージ５４とを備えている。なお、この装置は、インナーリードボンダ等の接合機構を有する装置に微細金属球６を配列・接合する機能を付加させることによって構成することができる。
【００２８】
図３に示すように、ボール配列機構５１においては、ボールストック皿１２に振動が与えられている。すなわち、金属製のボールストック皿１２に微細金属球６を入れ、パーツフィーダー等の振動発生機１３により振動が加えられている。これにより、ボールストック皿１２に入れられている各微細金属球６は浮遊している。振動発生機１３により加える振動の周波数はボールストック皿１２に入れる微細金属球６の大きさ等に応じて０〜１ｋＨｚまで可変とし、また、ボールストック皿１２は振動発生機１３からの脱着が可能とする。
【００２９】
次に、吸着ヘッド１に微細金属球６を吸着させる。前述したように、吸着ヘッド１は、ボール径よりも小さい複数のボール吸着孔５が所定位置に形成された配列基板２を有している。なお、前記ボール吸着孔５は半導体チップ複数個分の個数だけ設けられているのが好ましい。
【００３０】
そして、図３に示したように、吸着ヘッド１をボールストック皿１２の近傍まで下降させて上下に振幅させ、微細金属球６を配列基板２のボール吸着孔５に真空吸着させる。ここで、吸着ヘッド１の下降距離及び振幅距離は０．１ｍｍ単位で制御可能とし、振幅回数の制御も可能とする。また、このとき、吸着ヘッド１を水平方向に微振動させると、余分に吸着されるボール数が最小限に抑えられ、微細金属球６をより効果的に吸着させることができる。
【００３１】
次に、吸着ヘッド１を上昇させ、配列基板２に正常に真空吸着された微細金属球６以外の余剰微細金属球６′を機械的に除去して回収する。ここでは、余剰ボール除去手段として前記配列基板２に取り付けられた振動発生機１６を示している。前記振動発生機１６により吸着ヘッド１を微振動させることにより、各ボール吸着孔５に正常に配列された微細金属球６が除去されることなく、余剰微細金属球６′のみが除去される。
【００３２】
次に、余剰ボール除去後の吸着ヘッド１を所定の認識位置に移動させ、図１に示したように、ボール認識手段５３を構成する撮像装置１０及び画像解析装置１１によりボール欠落、ボール余剰の有無を画像認識させる。そして、このボール認識時に不良が発生していた場合、真空リーク及び機械的除去を行うことにより、配列基板２に吸着させている微細金属球６を全て回収し、その後、ボール吸着を再度行うようにする。
【００３３】
本実施形態においては、前述したように撮像装置１０及び画像解析装置１１による画像認識時において、ボール欠落、ボール余剰の有無のみならず、前記配列基板２に吸着されている微細金属球６の大きさ及び形状を検出するようにしている。
【００３４】
前述したように、本実施形態の吸着ヘッド１は、配列基板２の透過光の光源となる面発光体４を吸着ヘッド１内に設けているので、陰影画像のバックグラウンド光の強度を安定させることが可能となる。この結果、強度むらの少ない平行光を配列基板２に照射することができるようになり、配列基板２を透過した光により形成した陰影画像を高精度に解析することができる。
【００３５】
また、吸着ヘッド１の内部に面発光体４を配設したことにより、吸着ヘッド１の後部を透明にしなくても済ますことができ、吸着ヘッド１を保持する構造の自由度および信頼性を向上させることができる。
【００３６】
ボール認識手段５３による検査に合格したら、次に、図２の基板搬送機構５２により、吸着ヘッド１を接合ステージ４まで搬送する。この搬送時には、振動等により配列基板２に吸着されている微細金属球６が脱落することがないようにする。
【００３７】
次に、搬送された吸着ヘッド１を反転させて、接合ステージ５４上に装着し固定する。なお、接合ステージ５４は装置本体ステージと共用し、ステージ固定は真空吸着とする。接合ステージ５４にセットされた吸着ヘッド１の配列基板２の微細金属球６と、フィルムキャリアのインナーリード（図示せず）とのアライメントを行う。これは、本体装置のアライメント機構を用いて行うようにすることができる。
【００３８】
また、半導体チップの電極パッドに微細金属球６を接合する場合は、接合用ステージ５４上に半導体チップ（図示せず）を載置する。そして、吸着ヘッド１を下降させて微細金属球６を半導体チップの電極パッドに接触させ、加熱ツール（図示せず）により吸着ヘッド１を押圧して、微細金属球６を電極パッドに接合する。
【００３９】
次に、本発明の微細金属球の吸着ヘッド１の他の実施形態を説明する。図４は、第２の実施形態を示す図である。
図４に示したように、本実施形態の微細金属球の吸着ヘッド２１は、基板支持体３の内部空間３ａ内に基板バックアップ部材２２を配設している。
【００４０】
前記基板バックアップ部材２２は透光性材料、例えば、透光性に優れた合成樹脂よりなり、前記面発光体４から放射される平行光を殆ど減衰させることなく配列基板２側に透過させることができる。
【００４１】
また、前記基板バックアップ部材２２は多孔質性を有していて、前記減圧／加圧系統７と前記ボール吸着孔５との間における空気の流れを可及的に阻害しないようになっている。
【００４２】
このように、本実施形態においては、基板支持体３の内部空間に基板バックアップ部材２２を配設したので、配列基板２の強度を機械的に補強することができ、外力に対して変形することなく耐える力を大幅に向上させることができる。
【００４３】
これにより、各ボール吸着孔５に微細金属球６を吸着したことにより、前記基板支持体３の内部空間３ａ内の圧力が低下したときに、配列基板２が変形するのを防止することができ、配列基板２の変形に起因して陰影画像における微細金属球６の変形及び位置ずれ等を最小限に押さえることができる。
【００４４】
また、例えば、半導体基板の電極上にボールバンプを形成するときに、配列基板２上に吸着している微細金属球６を半導体基板の電極上に押圧したときに、配列基板２が大幅に変形しないようにすることができる。
【００４５】
図５は、本発明の第３の実施形態を示し、基板バックアップ部材２２内に吸引用通路２３を形成し、前記ボール吸着孔５及び減圧／加圧系統７間の空気の流れをよりスムースにしたものである。このように、吸引用通路２３を形成すると、基板バックアップ部材２２においては、通気性をあまり重視することなく透光性を重視すればよくなるので、構成材料を選択する自由度を大幅に向上させることができる。
【００４６】
図６は、面発光体４の具体的な構成例を示す図である。図６に示したように、この吸着ヘッド１は、基板支持体３の内部の一側端に蛍光ランプ２４が配設されている。また、基板支持体３の全面に導光板２５が配設されており、前記導光板２５の表面には、拡散シート２６が配設されている。
【００４７】
前記導光板２５及び拡散シート２６は、前記蛍光ランプ２４からの光を基板支持体３の内部の全面に導いて、前記配列基板２に向けて平行光を放射するために配設されているものであり、このような構成は、例えば液晶ディスプレイのバックライト用として実用化されている。
【００４８】
図７は、陰影画像の一例を示しており、正常な大きさの微細金属球６ａと正常よりも大きな微細金属球６ｂとを示している。前述したように、本実施形態の場合には陰影画像のバックグラウンド光の強度を安定させることができるので、僅かな大きさの違いや、変形ボール等を高精度に検出することができる。
【００４９】
【実施例】
次に、本発明の実施例を詳述する。
吸着ヘッド１に、１０×１０のボール吸着孔５が形成された配列基板２を装着して、粒径６０μｍの金ボールおよび１５０μｍのはんだボールを１０回連続して検査したところ、エラーが出ることなく精度よく検査できた。
【００５０】
また、前記金ボールをガラス上に散乱させて、落射光および透過光で検査したところ、接触したボールが分離できないために許容範囲を越えた存在しないボール径が検出された。
【００５１】
そこで、ふるいで８０μｍに揃えたはんだボールを本発明の吸着ヘッド１で再度選別したところ、２個付きボールや扁平ボールが検出された。したがって、本発明の吸着ヘッド１は２個付きボールや扁平ボールを検出可能であることが確認できた。
【００５２】
また、本発明の吸着ヘッド１を組み込んだボール状バンプ配列装置で６０μｍの金ボールを半導体チップに搭載したところ、ボールの欠落を検出することができた。また、上下に並んだ２個付きボールを僅かな軸のずれによる粒径の差により検出することができた。
【００５３】
また、ボール吸着孔５を持つ配列基板２をバックアップする構造にした吸着ヘッド１の場合には、配列基板２が変形することによるボールの変形及び位置ずれ等が搭載時になく、良好な性能が得られた。
【００５４】
【発明の効果】
本発明は前述したように、透過光の光源となる面発光手段を吸着ヘッド内に設けたので、微細金属球を吸着している配列基板の陰影画像を形成するためのバックグラウンド光の強度を安定させることができる。これにより、強度むらの少ない平行光を配列基板に照射することができるので、配列基板を透過した光による陰影画像を高精度に解析することが可能となる。
【００５５】
また、吸着ヘッドの内部に面発光手段を配設したことにより、吸着ヘッドの後部を透明にしなくても済むので、吸着ヘッドを保持する構造の自由度および信頼性を向上させることができる。
【００５６】
また、本発明のその他の特徴によれば、ボール吸着孔が形成された透明な配列基板をバックアップするようにしたので、配列基板が接合時に変形するのを防止することができ、これにより、ボールバンプの搭載不良を少なくしてバンプの製造効率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の微細金属球の吸着ヘッドの構成、及び検査装置の概略構成を示す図である。
【図２】ボールバンプ形成装置の概略構成を示す図である。
【図３】吸着ヘッドが微細金属球を吸着している様子を示す図である。
【図４】第２の実施形態の吸着ヘッドの概略構成を示す図である。
【図５】第３の実施形態の吸着ヘッドの概略構成を示す図である。
【図６】面状発光体の具体的な構成例を示す図である。
【図７】陰影画像の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  吸着ヘッド
２  配列基板
３  基板支持体
３ａ  内部空間
４  面発光体
５  ボール吸着孔
６  微細金属球
７  減圧／加圧系統
８  矢印
９  放射光
１０  撮像装置
１１  画像解析装置
１２  ボールストック皿
１３  振動発生器
【図１】
0003588410.tif 000002
【図２】
0003588410.tif 000003
【図３】
0003588410.tif 000004
【図４】
0003588410.tif 000005
【図５】
0003588410.tif 000006
【図６】
0003588410.tif 000007
【図７】
0003588410.tif 000008