(57)【要約】【課題】搭載不良半田ボールの修復に際して、歩留まりと効率の向上を図ると共に、正しく搭載されている半田ボールに影響を与えることなく確実に半田ボールの搭載不良をなくすことを目的とする。【解決手段】ワークの各バンプ形成位置にフラックス３を塗布し、半田ボール４を一括搭載した後、搭載不良のあったバンプ形成位置ごとに半田ボールを除去、再搭載、又は除去と再搭載の両方を行って、搭載不良を修復する。半田ボールの除去を、キャピラリ６を使用して吸引除去する。更に、キャピラリ６を半田ボール径より大きい先端孔径とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの各バンプ形成位置にフラックスを塗布し、半田ボールを一括搭載した後、搭載不良のあった前記バンプ形成位置ごとにその半田ボールを除去、再搭載、又はこれら除去と再搭載の両方を行って、搭載不良を修復する搭載不良半田ボールの修復方法であって、
前記半田ボールの除去を、キャピラリを使用して吸引除去することを特徴とする搭載不良半田ボールの修復方法。
【請求項２】
前記キャピラリが、半田ボール径よりも大きい先端孔径を有することを特徴とする請求項１に記載の搭載不良半田ボールの修復方法。
【請求項３】
前記半田ボールを吸引除去する際に、その搭載不良半田ボールに対して半田を溶融させない程度のレーザー光照射を行うことを特徴とする請求項１に記載の搭載不良半田ボールの修復方法。
【請求項４】
前記半田ボールの再搭載は、当該半田ボールの除去に使用したものと同一又は別のキャピラリを使用し、そのキャピラリ内部より半田ボールを１個ずつ供給して半田ボール搭載不良箇所に該半田ボールを再搭載するものであることを特徴とする請求項１に記載の搭載不良半田ボールの修復方法。
【請求項５】
前記再搭載した半田ボールに半田を溶融させない程度のレーザー光照射を行うことを特徴とする請求項１又は４に記載の搭載不良半田ボールの修復方法。
【請求項６】
前記半田ボールの再搭載は、半田ボール除去箇所又は半田ボール欠落箇所にレーザー光照射を行った後、再搭載すべき半田ボールを供給するものであることを特徴とする請求項１又は４に記載の搭載不良半田ボールの修復方法。
【請求項７】
前記半田ボールの搭載不良を半田ボール搭載状態の検査装置によって検出後、当該半田ボールの除去あるいは再搭載を行うことを特徴とする請求項１に記載の搭載不良半田ボールの修復方法。
【請求項８】
前記検査装置に、半田ボール吸引除去手段及び半田ボール再搭載手段が組み込まれていることを特徴とする請求項７に記載の搭載不良半田ボールの修復方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の搭載不良半田ボールの修復方法を使用し、
搭載不良半田ボールを修復後、更に半田の融点以上の温度で当該半田ボールを溶融し、凝固させることにより、バンプを形成することを特徴とするバンプ形成方法。
【請求項１０】
ワークの各バンプ形成位置にフラックスが塗布され、半田ボールが一括搭載された際の搭載不良半田ボールの修復装置であって、
前記ワークを保持するステージと、このステージ上へのワーク供給手段と、半田ボール搭載状態の検査手段と、その検査結果による搭載不良位置を記憶する手段とを備え、
更に、搭載不良半田ボールを吸引除去するキャピラリと半田ボール搭載不良箇所に半田ボールを供給するキャピラリをそれぞれ１つ以上、又は搭載不良半田ボールの吸引除去と半田ボール搭載不良箇所への半田ボールの供給の両方を行うキャピラリを１つ以上備えたことを特徴とする搭載不良半田ボールの修復装置。
【請求項１１】
前記キャピラリのいずれか１つ以上に付属してレーザー光照射機構を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の搭載不良半田ボールの修復装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等のワークのバンプ形成位置上に半田ボールを一括搭載することによってバンプを形成する方法において、半田ボールの搭載不良を修復するための修復方法、バンプ形成方法及び搭載不良半田ボールの修復装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体チップの電気的接続に半田ボール等の微小金属球を使用したバンプ形成技術が用いられるようになっている。この場合、一般的には半導体ウエハのバンプ形成位置に電気的接続の信頼性を確保するためバンプ下地金属を形成し、更に各バンプ下地金属上にフラックスを塗布し、多数の半田ボールを一括搭載したのち、半田ボールをリフローして溶融させ、冷却固化させてバンプを形成する。その後、半導体ウエハを個々のチップに切断するダイシング工程を経て、バンプが形成された半導体チップが完成する。
【０００３】
ところで、全ての半田ボールが各バンプ形成位置（即ちバンプ下地金属）上に正しく搭載されるとは限らず、搭載不良が生じることがある。例えば、図１の（ａ）に示すように半田ボール４が一部のバンプ下地金属２上に搭載されず（半田ボール欠落）、また図１の（ｂ）に示すように、半田ボール４がバンプ下地金属２からずれる。更に図１の（ｃ）のように、余剰半田ボール４´がバンプ下地金属２上に搭載されたりすること等がある。
【０００４】
このような搭載不良半田ボールを修復し、全ての半田ボールが正しく搭載された状態にするための技術として、特許文献１には，余剰半田ボールを除去し、半田ボール欠落位置に新たに搭載した後、半田ボールをレーザー光により溶融させて仮止めする修復方法について開示されている。余剰半田ボールの除去方法については、余剰半田ボールを半田ボールの直径よりも内径が小さい管部材を用いて、管部材の先端開口に余剰半田ボールを吸着して除去する方法が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３０９１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示された従来例では、余剰半田ボールの除去を半田ボールの直径より内径が小さい管部材を用いて行っている。しかしながら、前記管部材の先端開口に半田ボールを吸着して除去するためには、管部材を正確に余剰半田ボール直上に移動させた後半田ボールに接触させる必要がある。微小な半田ボールを使用する場合には特に吸着に失敗することが多く、効率的とは言えなかった。また、図１の（ｃ）のように余剰半田ボール４´が正常な半田ボール４と隣接している場合には、通常フラックス３により両者が固着しており、前記管部材ではどちらか一方のみにしか吸着できないため、吸着そのものができないことがあった。
【０００７】
更に、余剰半田ボールはフラックスの粘着力によりワーク上に固着されており、前記のような管部材ではその吸着力だけで半田ボールをフラックスから離すことができない場合がある。また、従来例のように再搭載した後、レーザー光により半田ボールを溶融させて仮止めする場合には、バンプ下地金属と半田の反応により電気的接続の信頼性に影響を及ぼすばかりでなく、局所的な溶融によりボイドが生成する原因となっていた。
【０００８】
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、搭載不良半田ボールの修復に際して、歩留まりと効率の向上を図ると共に、正しく搭載されている半田ボールに影響を与えることなく確実に半田ボールの搭載不良をなくす搭載不良半田ボールの修復方法、バンプ形成方法及び搭載不良半田ボールの修復装置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】
【０００９】
上述の目的を達成するための請求項１に係る本発明は、ワークの各バンプ形成位置にフラックスを塗布し、半田ボールを一括搭載した後、搭載不良のあった前記バンプ形成位置ごとにその半田ボールを除去、再搭載、又はこれら除去と再搭載の両方を行って、搭載不良を修復する搭載不良半田ボールの修復方法であって、前記半田ボールの除去を、キャピラリを使用して吸引除去することを特徴とする搭載不良半田ボールの修復方法である。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、前記キャピラリが、半田ボール径よりも大きい先端孔径を有することを特徴とする請求項１に記載の搭載不良半田ボールの修復方法である。
【００１１】
また、請求項３に係る発明は、前記半田ボールを吸引除去する際に、その搭載不良半田ボールに対して半田を溶融させない程度のレーザー光照射を行うことを特徴とする請求項１に記載の搭載不良半田ボールの修復方法である。
【００１２】
また、請求項４に係る発明は、前記半田ボールの再搭載は、当該半田ボールの除去に使用したものと同一又は別のキャピラリを使用し、そのキャピラリ内部より半田ボールを１個ずつ供給して半田ボール搭載不良箇所に該半田ボールを再搭載するものであることを特徴とする請求項１に記載の搭載不良半田ボールの修復方法である。
【００１３】
また、請求項５に係る発明は、前記再搭載した半田ボールに半田を溶融させない程度のレーザー光照射を行うことを特徴とする請求項１又は４に記載の搭載不良半田ボールの修復方法である。
【００１４】
また、請求項６に係る発明は、前記半田ボールの再搭載は、半田ボール除去箇所又は半田ボール欠落箇所にレーザー光照射を行った後、再搭載すべき半田ボールを供給するものであることを特徴とする請求項１又は４に記載の搭載不良半田ボールの修復方法である。
【００１５】
また、請求項７に係る発明は、前記半田ボールの搭載不良を半田ボール搭載状態の検査装置によって検出後、当該半田ボールの除去あるいは再搭載を行うことを特徴とする請求項１に記載の搭載不良半田ボールの修復方法である。
【００１６】
また、請求項８に係る発明は、前記検査装置に、半田ボール吸引除去手段及び半田ボール再搭載手段が組み込まれていることを特徴とする請求項７記載の搭載不良半田ボールの修復方法である。
【００１７】
また、請求項９に係る発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の搭載不良半田ボールの修復方法を使用し、搭載不良半田ボールを修復後、更に半田の融点以上の温度で当該半田ボールを溶融し、凝固させることにより、バンプを形成することを特徴とするバンプ形成方法である。
【００１８】
また、請求項１０に係る発明は、ワークの各バンプ形成位置にフラックスが塗布され、半田ボールが一括搭載された際の搭載不良半田ボールの修復装置であって、前記ワークを保持するステージと、このステージ上へのワーク供給手段と、半田ボール搭載状態の検査手段と、その検査結果による搭載不良位置を記憶する手段とを備え、更に、搭載不良半田ボールを吸引除去するキャピラリと半田ボール搭載不良箇所に半田ボールを供給するキャピラリをそれぞれ１つ以上、又は搭載不良半田ボールの吸引除去と半田ボール搭載不良箇所への半田ボールの供給の両方を行うキャピラリを１つ以上備えたことを特徴とする搭載不良半田ボールの修復装置である。
【００１９】
また、請求項１１に係る発明は、前記キャピラリのいずれか１つ以上に付属してレーザー光照射機構を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の搭載不良半田ボールの修復装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ワークの各バンプ形成位置にフラックスを塗布し、半田ボールを一括搭載したのち、搭載不良のあったバンプ形成位置ごとに半田ボールを除去、再搭載、又は前記除去と再搭載の両方を行って、搭載不良を修復する搭載不良半田ボールの修復方法であって、前記半田ボールの除去を、キャピラリやレーザー光照射を使用して吸引除去するので搭載不良半田ボールの修復が効率よく行える。しかも、半田ボール欠落のあったバンプ下地金属ごとにキャピラリやレーザー光照射を使用して半田ボールを再搭載するので、修復が効率よく行える。また、前記方法で搭載不良半田ボールを修復し、更に半田の融点以上の温度で半田ボールを溶融および凝固させることにより、リフロー後のバンプ形成歩留まりの向上を図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の搭載不良半田ボールの修復方法、バンプ形成方法及び搭載不良半田ボールの修復装置の好適な実施の形態について説明する。
図１には、ワーク１の各バンプ形成位置（バンプ下地金属２上）にフラックス３を塗布し、半田ボール４を一括搭載した後の搭載不良半田ボールの例を示す。
なお、本実施の形態では、主としてフリップチップボンディングに用いられるバンプの形成を対象としており、半導体パッケージの小型化、高密度実装化の観点から近年では直径１５０μｍ以下の微小な半田ボール４が用いられている。
【００２２】
搭載不良の半田ボールの形態には、図１の（ａ）に示したように本来搭載されるべき位置に半田ボールがない半田ボール欠落５、図１の（ｂ）に示したように本来搭載されるべき位置からずれて半田ボールが搭載されている位置ずれ半田ボール４、図１の（ｃ）に示したように本来搭載されるべきではない余剰半田ボール４′などがある。
【００２３】
余剰半田ボールについては、図示したように１つの電極に２つ以上の半田ボールが搭載されているものや、チップとチップの境界などのバンプ形成位置から離れた状態で存在するものなどがある。２つ以上の半田ボールが隣接して搭載されている場合には，通常フラックスによってこれらの半田ボールが固着しているため、どちらか一方のみを除去することは困難である。従がってこれらを同時に除去するが、それによって半田ボール欠落が生じることになる。一方、離れた位置に存在する場合には、余剰の半田ボールを除去するのみでよい。
【００２４】
位置ずれ半田ボールについては、半田が溶融する際にセルフアライメント機構が働くため電極中心より多少ずれていても問題はないが、リフロー時のフラックスの流動により半田ボールも移動して隣接した半田ボールと溶融時に合体してバンプ欠陥になることがあるため、バンプピッチや半田ボールの直径などを考慮して除去するかどうかを判断する。除去することに決めた場合には、余剰半田ボールとして扱い、半田ボールを除去した後、再搭載する。
【００２５】
例として、半田ボールの一括搭載後の検査により図１に示した搭載不良が見つかった場合の修復工程について述べる。
先ず、図２に示したように、余剰半田ボール４′（図２（Ａ））や位置ずれ半田ボール４（図２（Ｂ））などの除去すべき半田ボールの除去を行う。これには半田ボールの直径よりも先端部の先端孔径が大きいキャピラリ６を用いる。
【００２６】
このキャピラリ６は、図示しない機構によりワーク１に対してＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動可能とされており、検査結果に基づいて除去対象の半田ボール直上に移動する。その後、キャピラリ６に接続された図示しない吸引機構により、キャピラリ６内を通じて除去対象の半田ボールを吸引除去する。ここで、キャピラリ６の先端孔径（内径）は半田ボール４の直径よりも大きく、搭載不良半田ボールに隣接した正常に搭載された半田ボールに影響を与えないようにバンプ形成位置の間隔の２倍以下が好ましい。キャピラリ６の先端孔径は、半田ボールの直径の１．５倍以上が好ましく、更に半田ボールの直径の２倍以上であれば、２個以上の半田ボールを同時に吸引できるのでより好ましい。例えば直径１００μｍの半田ボールを、バンプピッチ２００μｍで搭載する場合には、キャピラリの先端孔径は４００μｍ以下が好適である。
【００２７】
なお、吸引する際にフラックスの粘着力が強い場合には、図６に示したようにキャピラリ６内を通して搭載不良半田ボールに半田を溶融させない程度のレーザー光照射を行うことで、フラックスを加熱し、軟化させて粘着力を弱めることで、吸引除去を容易にする。また、これにより吸引除去したい半田ボールのみを除去することが可能になる。同時に、レーザー照射により半田ボールに振動を加えて、半田ボール除去を容易にする効果もある。
【００２８】
なお、半田ボール除去時に用いるレーザー光出力は、除去する半田ボール径に応じて変化する。少なくともフラックスを軟化させて半田ボールの除去が容易になるレベルであって、４ｍＪ〜３００ｍＪが好ましく、更に好ましくは５ｍＪ〜１５０ｍＪが好適である。過剰なレーザー光出力はワーク表面に損傷を与えるため、好ましくない場合がある。
【００２９】
なお、レーザー光照射手段は、除去対象半田ボールを局所的に加熱可能なものであればよく、必ずしもキャピラリ内部を通して照射する必要はない。また、レーザー照射は除去対象半田ボールに照射する必要もなく、フラックスに直接照射してフラックスを加熱、軟化してもよい。
【００３０】
図３は、上述の工程により図１の除去すべき半田ボールを全て除去した状態を示す。
【００３１】
次に、半田ボール欠落及び除去位置に半田ボールを搭載する。これには、図４に示すように、半田ボールの直径よりも先端部の先端孔径が大きいキャピラリ７を用いる。このキャピラリは、図示しない機構によりワーク１に対してＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動可能とされており、検査結果と半田ボール除去工程の結果に基づいて搭載対象のバンプ形成位置に移動する。その後、キャピラリに接続された図示しない供給機構により、キャピラリ内を通じての半田ボールを供給し、バンプ形成位置上に搭載する。ここでキャピラリ７の先端孔径は半田ボールの直径よりも大きく、キャピラリ内を通って供給された半田ボールが正確にバンプ形成位置に搭載されるよう半田ボールの直径の１．５倍以下が好ましい。前記先端孔径は、半田ボールの直径の１．０１〜１．５倍が好ましく、更に好ましくは、１．０３〜１．５倍である。
【００３２】
なお、搭載する際に溶剤成分の揮発によりフラックスの粘着力が弱い場合には、図７に示したようにキャピラリ内を通してバンプ形成位置すなわち半田ボール搭載位置に半田を溶融させない程度のレーザー光照射を行うことで、フラックスを加熱し軟化させて粘着力を回復させ、再搭載を容易にする。レーザー光照射は半田ボールを搭載した後（図７（Ａ））、あるいは搭載する前（図７（Ｂ））のどちらでも可能である。
【００３３】
なお、半田ボール搭載時に用いるレーザー光出力は、搭載する半田ボール径に応じて変化するが、少なくともフラックスを軟化させ半田ボールを接着できるレベルであって、２ｍＪ〜２００ｍＪが好ましく、更に好ましくは２ｍＪ〜１００ｍＪである。過剰なレーザー光出力はワーク表面に損傷を与えるため，好ましくない場合がある。前記フラックスによる接着は、リフローされるまで固定されていれば十分であるので、搭載不良半田ボールの除去時のレーザー光出力に比べて低くなることが多い。即ち、搭載する半田ボールの固定にはフラックスの一部が溶融すれば固定できるが、不良半田ボールの除去にはフラックスを全て溶融する方が好ましいので、前述のようにレーザー光出力の違いが生じる場合がある。
【００３４】
なお、レーザー光照射手段は，搭載対象半田ボールを局所的に加熱可能なものであればよく、必ずしもキャピラリ内部を通して照射する必要はない。また、レーザー照射は搭載対象の半田ボールに照射する必要もなく、フラックスに直接照射してフラックスを加熱、軟化してのち、半田ボールを搭載してもよい。
【００３５】
図５は、以上の工程によりバンプ形成位置に半田ボールが全て正しく搭載された状態を示す。この状態で、半田ボールを半田の融点以上の温度でリフローして溶融させ、冷却固化させてバンプを形成すれば，バンプ不良がない高品位のワークとすることができる。
【００３６】
半田ボール４を各バンプ下地金属２上に一括搭載した後、半田ボール４の搭載不良の有無について検査を行う方法としては、例えば図示しないカメラによりワーク１の上面を撮像し、カメラにより得られた画像情報から半田ボール４の搭載不良の有無を検査すればよい。更に、検査に使用するカメラと同一部分に搭載不良を修復するためのキャピラリ等を設けることで、検査結果を即座に修復工程に利用できるため、修復に必要な不良位置の精度向上や、再度位置合わせを行う必要がないため効率の向上が図れる。
【００３７】
搭載不良の検査は、前記方法に以外でもよく、例えば目視あるいは顕微鏡による目視による方法、搭載した半田ボールの高さを計測してその違いから検出する方法等でも可能である。
【００３８】
なお、上記実施の形態において示した各部の形状及び構造は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその精神又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】半田ボール一括搭載後の搭載不良半田ボールの状態を説明するための図である。
【図２】本発明の実施形態における余剰半田ボールを吸引除去する工程を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態における余剰半田ボールが除去された状態を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における半田ボール欠落位置へ半田ボールを搭載する工程を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態における搭載不良半田ボールが修復された状態を示す図である。
【図６】本発明の実施形態における他の余剰半田ボールを吸引除去する工程を説明するための図である。
【図７】本発明の実施形態における他の半田ボール欠落位置へ半田ボールを搭載する工程を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    ワーク
２    バンプ下地金属
３    フラックス
４    半田ボール
４´  余剰半田ボール
５    未搭載の半田ボール（半田ボールの欠落）
６    吸引除去用キャピラリ
７    搭載用キャピラリ
【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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