(57)【要約】【課題】吸着エリア全域で吸引量を均一化し、吸着時間を短縮すると共に、大面積のウエハに対して安定して一括で大量の導電性ボールを配置する。【解決手段】容器８内の導電性ボール１０を厚みが均一なボール配列板６に吸引配列した後、導電性ボール１０を搭載すべき対象物の電極に対して一括で搭載する。ヘッド１内に、ボール配列板６に設けられた吸引孔７の直径未満の厚みの平箔と平箔を波付け加工した波箔を交互に積層又は一緒に巻き込み、平箔と波箔を接合してなるメタルハニカム体１１を含む通気性部材が、ボール配列板６の後面と直接接して配置され、ボール配列板６を外力から支持する。【選択図】  図2
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内の導電性ボールを厚みが均一なボール配列板に吸引配列した後、前記導電性ボールを搭載すべき対象物の電極に対して一括で搭載するボール配列搭載装置のボール配列ヘッドであって、
前記ボール配列ヘッド内に、前記ボール配列板に設けられた吸引孔の直径未満の厚みの平箔と該平箔を波付け加工した波箔を交互に積層又は一緒に巻き込み、前記平箔と波箔を接合してなるメタルハニカム体を含む通気性部材が、前記ボール配列板の後面と直接接して配置され、該ボール配列板を外力から支持することを特徴とするボール搭載装置のボール配列ヘッド。
【請求項２】
前記メタルハニカム体が、リング部材に嵌め込まれてなることを特徴とする請求項１記載のボール搭載装置のボール配列ヘッド。
【請求項３】
前記リング部材に、超音波振動子が装着されてなることを特徴とする請求項２記載のボール搭載装置のボール配列ヘッド。
【請求項４】
前記平箔及び波箔の厚みが、前記ボール配列板に接する端面より他端の方が厚いことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のボール搭載装置のボール配列ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性ボールの吸引配列治具及び配列搭載装置に係り、特にボール吸着孔が複数個形成されているボール配列板上に、複数の微細ボールを一括保持して、ウエハやプリント基板、半導体チップ等の電子部品の電極上に一括搭載させるボール搭載装置のボール配列ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近時においては、半導体チップの電気的接続に微細導電性ボールを用いたボールバンプが用いられるようになっている。ボールバンプを用いることにより、パッケージの小型化、多ピン化等の数々のメリットを得ることができる。このような微細導電性ボールを用いたバンプ形成技術は、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００３】
この特許文献１に記載されているバンプ形成方法は、少なくとも半導体チップ1つ分の金属ボール群を吸着保持するようにしている。そして、複数の金属ボール群を吸着保持するために、半導体チップ上のバンプ形成位置に対応した全ての位置に吸着孔が形成されているボール配列板を用いる。このボール配列板に微小金属球を吸着保持した後、該ボール配列板を搭載用ステージまで搬送して被搭載部に移載するようにしている。
【０００４】
この方法によれば、均一に形成された微細導電性ボールをバンプ形成位置に一括接合することができるので、高い信頼性が得られるボールバンプを容易かつ効率的に形成することができる。
【０００５】
ところで、最近は、半導体装置の微細化が益々進み、電極の配線ピッチは極めて小さくなってきている。そのため、電極上にボールバンプを形成する場合に用いられる微細導電性ボールは、電極の配線ピッチの微細化に応じて極めて微細になってきている。また、一方で、チップの高性能化のため、電極数は増加し、バンプ形成のために一括で吸着配列するボールの数も増加している。
【０００６】
このような状況において、半導体チップ1つ分の配列を行うことは、工程が煩雑となり、コスト面、時間的にもデメリットが大きい。このため、ウエハを個々のチップ毎に切断する前、即ち、ダイシング工程を行う前に、ウエハ上の複数のチップに相当する全ての電極上にボールバンプを配置することが行われるようになった。
【０００７】
従来、そのようなウエハ上の全ての電極上に一括してボールバンプを配置するために用いられる配列ヘッドとしては、特許文献２に、ボール配列板と、該ボール配列板の吸着孔に対応しない気体導通路を有し、該ボール配列板を外力から支持する支持プレートと、ボール配列板と支持プレートとの間のボール配列板の吸着領域に配置した通気性ある中間気体導通部材とを具備することを特徴とするボール搭載装置における配列ヘッド、あるいは、ボール配列板に突起を設けることで、ボール配列板と支持プレートとの間の中間気体導通部材を省略した配列ヘッドが開示されている。
【０００８】
また、ICチップ上の電極上に一括してボールバンプを配置するために用いられる配列ヘッドとしては、特許文献３に、ボール配列板と支持プレートに相当する吸引開口部との間に、板厚方向に通気性を持つ多孔質材料よりなる中板を設ける配列ヘッドが開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平７−１５３７６５号公報
【特許文献２】特開２００１−１５８９８号公報
【特許文献３】特開平４−６５８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、ボール配列板及び支持プレートとその間に設置する中間気体導通部材(前記特許文献の例では、高張力樹脂製網あるいは多孔質材料）の３者による配列ヘッドの場合には、ボール吸引工程において、ボールが吸着できない吸引不良が発生し、配列板への吸着配列時間が長くかかると言う問題が、また、ボール搭載工程において、ボールが被搭載部に移載されず、配列板に残存すると言う問題が生じていた。 また、ボール配列板に突起を設けることでボール配列板と支持プレートとの間の中間気体導通部材を省略する場合には、ボール配列板の製造において、不良発生による歩留まり低下が発生すると言う問題があった。
【００１１】
吸引不良が生じる原因としては、支持プレートに吸着孔に対応しない気体導通路が設けられているが、導通路以外の肉厚部があるために、ボール配列板の吸着孔を塞ぐ可能性があり、高張力樹脂製網あるいは多孔質材料等の中板が必要となる。そのため、気体の導通経路が複雑になり、吸引抵抗が大きい上に、ボール配列板の孔によって吸引圧力に差が生じると共に、ボールが吸着できない吸引不良が発生し易いためである。さらに、別の問題として、高張力樹脂製網を使用する場合、ボール配列板を点あるいは線で支持するため段差が生じ、ボールを電極上に搭載する際に十分平行度・平坦度が確保できず、ボールの搭載不良を起こす可能性があった。
【００１２】
一方、ボール配列板に突起を設けることでボール配列板と支持プレートとの間の気体導通部材を省略した場合には、気体の導通経路の複雑さは回避されるが、ボール配列板の製作において突起を設けるために追加の工程が必要となり、吸着孔が小さい孔であるために不良が発生する原因となる。さらに、あまり高い突起を設けることができないために、気体の導通経路は狭い間隙となり、吸引抵抗の増加は避けられない。
【００１３】
本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、大面積の吸着エリアの全域にわたって吸引量を均一化し、吸着に要する時間を短縮すると共に、平行度・平坦度を向上させ、大面積のウエハに対して安定して一括で大量の導電性ボールを配置することのできる導電性ボールの搭載装置の配列ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のボール配列ヘッドは、容器内の導電性ボールを厚みが均一なボール配列板に吸引配列した後、前記導電性ボールを搭載すべき対象物の電極に対して一括で搭載するボール配列搭載装置のボール配列ヘッドであって、該ヘッド内に、前記ボール配列板に設けられた吸引孔の直径未満の厚みの平箔と該平箔を波付け加工した波箔を交互に積層又は一緒に巻き込み、前記平箔と波箔を接合してなるメタルハニカム体を含む通気性部材が、前記ボール配列板の後面と直接接して配置され、該ボール配列板を外力から支持することを特徴とするボール搭載装置のボール配列ヘッドである。
【００１５】
また、前記メタルハニカム体が、リング部材に嵌め込まれてなるボール搭載装置のボール配列ヘッドである。
【００１６】
あるいはまた、前記リング部材に、超音波振動子が装着されてなるボール搭載装置のボール配列ヘッドである。
【００１７】
あるいはまた、前記平箔及び波箔の厚みが、ボール配列版に接する端面より他端の方が厚いボール搭載装置のボール配列ヘッドである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、大面積の搭載エリアであっても確実にボール吸着配列ができ、ボール搭載歩留を向上し、バンプ形成対象の電極上に高精度で微小導電性バンプを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づき、本発明によるボール配列ヘッドの好適な実施の形態を説明する。 なお、本実施の形態は、一例であり、その範囲を限定するものではない。
ここで先ず、従来行われているボール吸着工程の一例を図1に示す。導電性ボール10をボール収容容器8の振動によって跳躍させた状態で、配列ヘッド1をボール収容容器8に接近させる。配列ヘッド1には、図示しない真空発生源が繋がれており、減圧空間2を減圧する。配列板支持部3には気体導通孔4が開けられており、中間気体導通部材5を挟んで配列板押さえ治具9により固定される配列板6の吸着孔7と減圧空間2を繋いでいる。これら経路による減圧により、跳躍する導電性ボール10は、配列板の吸着孔7へ吸着される。
【００２０】
ところで、一般に配列板支持部3は、ボールのウエハ電極上への搭載の際にかかる荷重に対し、変形を抑え、配列板とウエハが平行に保たれるよう、剛性の大きい材料で堅固に作られる。したがって、吸着時の気体導通抵抗を下げるためには、多くの貫通孔を開けた方が好ましいが、剛性を確保するためには、孔の数や開口面積に制限がある。現実には、このような相反する要求を満たすため、剛性を確保できる最大限の孔を開けた上で、配列板の吸着孔7を塞がず、かつ、吸着時の気体導通抵抗を下げるため、中間気体導通部材5が用いられる。
【００２１】
次に、本発明の配列ヘッドの一例を図2に示す。導電性ボール10をボール収容容器8の振動によって跳躍させた状態で、配列ヘッド1をボール収容容器8に接近させる。配列ヘッド1には、図示しない真空発生源が繋がれており、減圧空間2を減圧する。図1で配列板支持部に相当するメタルハニカム体11には多数の気体導通孔があり、配列板押さえ治具9により直接接して固定される配列板6の吸着孔7と減圧空間2を繋いでいる。これら経路による減圧により、跳躍する導電性ボール10は、配列板の吸着孔7へ吸着される。メタルハニカム体11は、吸着孔よりも薄い箔で構成されているため、どのような位置に開けられている配列板6の吸着孔に対しても減圧室2が直接つながっており、吸着ロスが極めて小さい。
【００２２】
ところで、メタルハニカム体11は、主として図3に示すように、厚さ10μm〜70μmの帯状の平箔12と、該平箔12を波付け加工した帯状の波箔13とを重ね、巻取軸の周りに巻き回し、渦巻状にして製造される。帯状の波箔13には、各波の稜線14が幅方向に形成されており、渦巻状に巻回された円筒状のメタルハニカム体15は、円柱の軸方向に多数の通気孔16を有している。なお、メタルハニカム体内部の箔相互の接合方法としては、Ni系の粉末ろう剤を金属平箔、金属波箔の接触部にバインダー等の有機物を介在させて固着し、真空炉内でろう付け処理を施す、あるいは、得られたメタルハニカム体を処理温度1100℃〜1250℃、処理時間30分〜90分及び到達真空度0.04Pa〜0.0065Paの処理条件で熱処理して、平箔と波箔の接触部を固体拡散接合する等が行われる。
【００２３】
メタルハニカム体を構成する金属箔としては、一般に熱処理を受けることから、例えば、Cr-Al-Feからなる高耐熱フェライト系ステンレス鋼が多く使用されているが、他の金属でも問題はない。また、好適なハニカム体の通気孔の面積は、配列板の支持及び通気性の点から、0.25mm2〜1mm2である。
【００２４】
さらには、メタルハニカム体15は、製造上の取り扱いから、図4に示すように、金属製の外筒17内に組み込んでも良い。また、装置への組み込み時の精度を上げる等のため、図5に示すように、リング部材18に嵌め込んだ上で、表面の平坦度を確保する加工を行うこともできる。
【００２５】
図6には、本発明の別の形態を示した。一般に、ボール吸着工程では、配列板6の吸気漏れやボールの僅かな汚れによって、ボールが余剰に吸着されることが多い。そのため、配列板支持部を通して配列板に超音波振動を与えることで、効率良く余剰ボールのみを除去する手法が行われている。本例では、メタルハニカム体を内径が吸着領域よりも大きいリング部材18に嵌め込み、当該リング部材に超音波振動部19を設置することで、メタルハニカム体全体に効率良く超音波を伝えることを実現する。なお、この際、配列板に接する付近以外の箔の厚みをメッキあるいはコーティング等により厚くし、接合部を堅固にすることで、メタルハニカム体内部の箔あるいは接合部での減衰を抑制することもできる。この際、厚くした箔の好適な厚みは、減衰の抑制及び通気性の点から、元の箔厚の1.2〜1.8倍である。
【００２６】
図7には、本発明のさらに別の形態を示した。本例では、ボールをウエハ上へ移載する際に、メタルハニカム体の平坦度を保持するため、特に変形し易い中央部に補強部材20を設置している。これにより、配列板に応力がかかった際にも平行平坦度が確保されると同時に、図示しない超音波振動部からの振動が効率良く中央部に届く利点がある。
【００２７】
図8には、本発明のさらに別の形態を示した。本例では、配列板をリング嵌め込み部材に接合することにより、配列板、リング嵌め込み部材、メタルハニカム体を一体化した例である。これにより、ボール吸着時にボール収容容器の周囲から流入する気体の流れがスムーズになると共に、超音波振動が配列板に直接伝播することで、余剰ボール除去効果が上がる。また、配列板に張力を持たせることによって、ボール搭載時に減圧空間2を陽圧に切り替える等した際に、配列板自身がたわむ等してボール搭載位置がずれたり、過荷重が加わることを抑制する効果もある。
【００２８】
図9は、本発明の配列ヘッドを組み込んだボール搭載装置の概略構成を示している。この構成において、半導体基板もしくはウエハ27は、紙面と垂直方向(Y方向)のウエハ搬送路に沿って、ボール搭載ステージ26上に固定された状態で移動し、所定の位置で待機する。また、ウエハ搬送路と直交する方向(X方向)に沿って、ガイドもしくはガイドレール24が設置され、このガイドレール24には、X-Z方向に移動可能な配列ヘッド1が支持される。
【００２９】
ガイドレール24の一端側にて、配列ヘッド1の下方に位置するように、ボール供給装置21が配置される。ボール供給装置21は、相当量の導電性ボール10を収容するボール収容容器8と、ボール収容容器8を加振してボール収容容器8内で導電性ボール10を跳躍させる加振機22を含んでいる。
【００３０】
ボール供給装置21とボール搭載ステージ26の間には、配列不良ボール除去機構23と配列検査機構25が配置される。配列不良ボール除去機構23は、配列ヘッド1における配列不良ボールを吸引又はガス吹付けによって除去する。また、配列検査機構25は、配列ヘッド1におけるボール配列不良を検査する。
【００３１】
配列ヘッド1は、ボール供給装置21とボール搭載ステージ26の間を往復運動するが、図示しない負圧もしくは真空源に繋がれており、ボール配列板6にて多数の導電性ボール10を吸引配列するようになっている。また、ボール搭載過程でバルブを切り替えて、負圧から陽圧にすることもできる。さらに、配列ヘッド1には、例えば、超音波振動子のような図示しない振動発生源を備え、ボール吸着過程及び吸着完了後に振動を加えることによって、吸着孔6以外に余剰に吸着された導電性ボールの発生を抑制することができる。配列ヘッドには、ウエハ27上の電極部に対応する吸着孔7を有するボール配列板6が装着される。
【００３２】
上記構成において、ボール配列ヘッド1がボールを吸着し始め、搭載対象となるウエハに導電性ボール10を搭載するまでの工程動作について説明する。
ボール供給装置21において、ボール収容容器8内の導電性ボール10は、加振機22によって跳躍している。図9の点線のように、ボール配列ヘッド1をボール収容容器8上の所定の高さまで降下させ、その跳躍する導電性ボール10を吸着する。
【００３３】
次に、導電性ボール10を吸着した後、ボール配列ヘッド1は上昇し、ガイドレール24に沿って、ボール搭載ステージ26まで移動する。この移動途中に、不良ボールの除去を行う。この後、配列検査機構25がY方向に移動して、ボール配列板6の配列面全域のボール吸着状態を検査する。検査結果が良好である場合には、ボール搭載ステージ26まで移動する。また、この検査時に配列不良が発見された場合には、ボール除去機構23の位置に戻って、不良ボール除去を行うことも可能である。
【００３４】
次に、配列ヘッド1は、ボール搭載ステージ26で待機しているウエハ27に対する位置合せが行われる。そして、配列ヘッド1を降下させることにより、ボール配列板6に吸着されている導電性ボール10が、フラックスが塗布されていたウエハ27の電極部に搭載される。
【００３５】
なお、ボール配列ヘッド1は、ウエハ27に接触する際の搭載荷重が導電性ボールの種類等に応じて制御可能に構成されている。これにより、導電性ボール10をウエハ27に対して最適荷重で接触させ、導電性ボール10を常に適性かつ円滑に搭載することができる。また、前述したように、ボール配列ヘッド1には、図示しない振動発生源を備え、ボール搭載過程で振動を加えることによって、吸引孔6に吸引した導電性ボールを吸引孔から容易に開放することができる。
【実施例】
【００３６】
以下に、実施例を示す。
共通する実施条件:
使用導電性ボール : 80μmφ、Sn-3Ag-0.5Cuハンダ
対象ウエハ : 8インチ(200mm)、総電極数;652,288ヶ、電極数;784ヶ/チップ、チップ数;832個/ウエハ
ボール配列板 : 板厚;80μm、吸着孔径;60μmφ、総吸着孔数;652,288ヶ
吸着動作時間 : 90秒
付加超音波振動周波数 : 80kHz〜132kHz
【００３７】
実施例1〜実施例4の条件:
メタルハニカム体 : 箔厚18μm、波箔の波高さ1.25mm、波ピッチ2.54mm、箔の幅20mm    外筒 : 厚み1.5mm、内径220mm、軸方向の高さ20mm
リング部材 : 外径250mm、厚み20mm
実施例4の条件:
上記ボール配列板を上記リング部材に接着剤を用いて接合した
比較例の条件:
配列板支持部 : 厚み15mm、外径250mm、気体導通孔径3.5mmφ、気体導通孔ピッチ5mm
中間気体導通部材 : 400メッシュ金属製網(目開き65.5μm)
【００３８】
以上の条件で、吸着及び搭載の一連動作で発生したエラー数を、表１に示す。いずれの実施例においても、従来の吸着ヘッドである比較例に比べ、著しくエラー数が減少した。
【００３９】
【表１】
2006302973.tif 000003
【００４０】
なお、上記実施例で使用したハンダボールは80μmφのみだが、他に100μmφ、150μmφのボールサイズにおいても、同様の試験を実施し、本発明の配列ヘッドが、従来の配列ヘッドでは達し得ない、上記と同等の良好な結果を得ている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来の配列ヘッドの例を示す断面図である。
【図２】本発明のボール配列ヘッドを示す断面図である。
【図３】本発明に係るメタルハニカム体を示す図である。
【図４】本発明に係るメタルハニカム体を示す図である。
【図５】本発明に係るメタルハニカム体を示す図である。
【図６】本発明のボール配列ヘッドを示す断面図である。
【図７】本発明のボール配列ヘッドを示す断面図である。
【図８】本発明のボール配列ヘッドを示す断面図である。
【図９】本発明に係るボール配列装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
1:  配列ヘッド
2:  減圧空間
3:  配列板支持部
4:  気体導通孔
5:  中間気体導通部材
6:  配列板
7:  吸着孔
8:  ボール収容容器
9:  配列板押さえ治具
10:  導電性ボール
11:  メタルハニカム体
12:  平箔
13:  波箔
14:  稜線
15:  渦巻状に巻回された円筒状のメタルハニカム体
16:  通気孔
17:  外筒
18:  リング部材
19:  超音波振動部
20:  補強部材
21:  ボール供給装置
22:  加振機
23:  配列不良ボール除去機構
24:  ガイドレール
25:  配列検査機構
26:  ボール搭載ステージ
27:  ウエハ
【図１】
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【図２】
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【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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