(57)【要約】【課題】吸着不良が発生し難く、かつ効率的に導電性ボールを配列することを可能とした導電性ボールの配列搭載方法および装置を提供する。【解決手段】容器１４内の導電性ボールＢを配列板１９に吸引配列した後、そのボールＢを搭載すべき搭載対象物の電極に対して導電性ボールＢを一括で搭載する。容器１４と配列板１９が配列面に対して相対的に平行移動しながら、前記配列面における容器１４の対向部分でのみ吸引配列させる。容器１４のボール供給エリアの面積が、配列板１９の配列エリアよりも小さい。【選択図】　　　　図１
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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配列板に吸引配列した後、そのボールを搭載すべき搭載対象物の電極に対して前記導電性ボールを一括で搭載するようにしたボール配列搭載方法であって、
前記容器と前記配列板が配列面に対して相対的に平行移動しながら、前記配列面における前記容器の対向部分でのみ吸引配列させることを特徴とする導電性ボールの配列搭載方法。
【請求項２】
前記配列板の配列エリアと対向する前記容器のボール供給エリアの面積が、前記配列板の配列エリアよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の導電性ボールの配列搭載方法。
【請求項３】
前記容器内の導電性ボールの量を検出し、所定量の導電性ボールが維持されるように前記容器に導電性ボールを供給することを特徴とする請求項１または２に記載の導電性ボールの配列搭載方法。
【請求項４】
容器内の導電性ボールを配列板に吸引配列した後、そのボールを搭載すべき搭載対象物の電極に対して前記導電性ボールを一括で搭載するようにしたボール配列搭載装置であって、
前記容器と前記配列板が配列面に対して相対的に平行移動しながら、前記配列面における前記容器の対向部分でのみ吸引配列させることを特徴とする導電性ボールの配列搭載装置。
【請求項５】
前記配列板の配列エリアと対向する前記容器のボール供給エリアの面積が、前記配列板の配列エリアよりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の導電性ボールの配列搭載装置。
【請求項６】
前記容器内の導電性ボールの量を検出するセンサを有し、所定量の導電性ボールが維持されるように前記容器に導電性ボールを供給するボール補充装置を備えたことを特徴とする請求項４または５に記載の導電性ボールの配列搭載装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ボールの吸引搭載方法およ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方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近時においては、半導体チップの電気的接続に微小金属ボール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。当該バンプ形成技術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。このような微小金属ボールを用いたバンプ形成技術は、たとえば特開平７−１５３７６５号公報に記載されている。
【０００３】
上記公報にて提案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が用いられる。そして、このボール配列板に微小金属ボールを吸着保持した後、ボール配列板を接合用ステージまで搬送してバンプ形成位置にボールを搭載するようにしている。
【０００４】
したがって、この場合は均一に形成された微小な導電性ボールをバンプ形成位置に一括搭載することができる。これによりバラツキの少ない均一形状のバンプを容易に、かつ効率的に形成することができる。
【０００５】
しかしながら、半導体チップ１つ毎に配列を行うことは、繰返し動作が多くなり、コスト的あるいは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ごとに切断する前、すなわちダイシング工程前にウエハ上に複数チップに相当する全ての電極上にボールを配置することが行われるようになった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の半導体チップが形成されたウエハ上の全ての電極上に一括してボールを配置しようとした場合、電極数は数十万個程度に及ぶ。このためボールの吸着配列時に、大量のボールが吸着孔に集中し余剰ボールが発生し易く、不良配列のない状態でボール配列板の全ての吸着孔に確実にボールを吸着することは、実質的に困難であった。特に、大面積での一括吸着によるボール配列は、長い吸着時間を要し、バンプ形成時間が長期化するため量産時の問題となっていた。
【０００７】
本発明はかかる実情に鑑み、ボール配列板に導電性ボールを吸着して配列する際に、吸着不良が発生し難く、かつ効率的に導電性ボールを配列することを可能とした導電性ボールの配列搭載方法および配列搭載装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の導電性ボールの配列搭載方法は、容器内の導電性ボールを配列板に吸引配列した後、そのボールを搭載すべき搭載対象物の電極に対して前記導電性ボールを一括で搭載するようにしたボール配列搭載方法であって、前記容器と前記配列板が配列面に対して相対的に平行移動しながら、前記配列面における前記容器の対向部分でのみ吸引配列させることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の導電性ボールの配列搭載方法において、前記配列板の配列エリアと対向する前記容器のボール供給エリアの面積が、前記配列板の配列エリアよりも小さいことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の導電性ボールの配列搭載方法において、前記容器内の導電性ボールの量を検出し、所定量の導電性ボールが維持されるように前記容器に導電性ボールを供給することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の導電性ボールの配列搭載装置は、容器内の導電性ボールを配列板に吸引配列した後、そのボールを搭載すべき搭載対象物の電極に対して前記導電性ボールを一括で搭載するようにしたボール配列搭載装置であって、前記容器と前記配列板が配列面に対して相対的に平行移動しながら、前記配列面における前記容器の対向部分でのみ吸引配列させることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の導電性ボールの配列搭載装置において、前記配列板の配列エリアと対向する前記容器のボール供給エリアの面積が、前記配列板の配列エリアよりも小さいことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の導電性ボールの配列搭載装置において、前記容器内の導電性ボールの量を検出するセンサを有し、所定量の導電性ボールが維持されるように前記容器に導電性ボールを供給するボール補充装置を備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、ウエハ上へのボールを用いたバンプ形成のように大量のボールを一括搭載する場合、配列板と容器とを相対的に平行移動させながら、配列面における容器の対向部分でのみ吸引配列させ、結果的に配列面全域にボールを供給するようにする。このように容器の対向部分で吸引配列することで、高い吸引力を確保することができる。
この場合、容器のボール供給エリアを配列板の配列エリアよりも小さくしていることで、配列面全域に満遍なくかつ適正にボールを供給することができる。これによりボール吸引配列時に余剰ボールなどのエラーを格段に少なくすることができる。しかも、吸着時間の短縮を図れるため、生産性を大幅に向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明による導電性ボールの配列搭載方法および装置の好適な実施の形態を説明する。
図１は、本発明装置の概略構成を示している。この実施形態において半導体基板もしくはウエハＷは紙面と垂直方向（Ｘ方向）のウエハ搬送路に沿ってウエハステージ１０上に固定された状態で移動し、所定の位置で待機する。
【００１６】
ここで、本発明の実施形態では、たとえば特に３インチ以上のサイズのウエハを対象としている。このウエハＷによれば、図３に示されるように形成すべき複数の半導体チップＣ（個々の正方形部分）を得ることができ、各半導体チップＣの電極部には後述するように本発明装置によって複数の導電性ボールが搭載される。図３においては導電性ボールを簡略化して示しているが、これらの半導体チップＣ全体で使用する導電性ボールは、数十万個になる。本発明は、このように極めて大量の導電性ボールを一括でウエハＷに搭載するものである。
【００１７】
また、図１に示されるようにウエハ搬送路と直交する方向（Ｙ方向）に沿ってガイドもしくはガイドレール１１が設置され、このガイドレール１１にはＹ−Ｚ方向に移動可能なボール搭載ヘッド１２が支持される。ボール搭載ヘッド１２は後述するように、導電性ボールＢをボール配列板に吸引配列する。そして、ウエハＷ上に形成された半導体チップＣの電極部に対して、その導電性ボールＢを一括で搭載する。
【００１８】
ガイドレール１１の一端側にてボール搭載ヘッド１２の下方に位置するようにボール供給装置１３が配置される。ボール供給装置１３は相当量の導電性ボールＢを収容するボール収容容器（ボールトレー）１４とボールトレー１４を加振してボールトレー１４内で導電性ボールＢを跳躍させる加振機を含んでいる。ボール供給方法としては、本実施形態のように導電性ボールＢの跳躍によるものでもよいし、ガス流による吹き上げ、吹き付け等であってもよい。
【００１９】
また、図１においてはボール補充装置を簡略化しているが、ボールトレー１４内の導電性ボールＢが一定レベル以上減少しないように光センサ２１が設けられている（図２参照）。この光センサ２１によれば、跳躍する導電性ボールＢが相当量以上であれば光を遮るが、導電性ボールの密度が低下し光が透過するようになると、該光センサ２１がその透過光を受光する。これにより導電性ボール補充装置２２からつねに、自動的に相当量の導電性ボールＢが補充されるようになっている。
【００２０】
ボール供給装置１３とボール搭載ステージ１０の間には、配列不良ボール除去機構１６と配列検査用カメラ１７が配置される。ボール除去機構１６は、ボール搭載ヘッド１２における配列不良ボールを、吸引またはガス吹付けによって除去する。除去する際に搭載ヘッド１２に振動を加えると、より効果的に除去することができる。この場合、振動周波数は数Ｈｚ〜１ＧＨｚ程度が好ましい。また、配列検査カメラ１７はボール搭載ヘッド１２におけるボール配列不良を検査する。
【００２１】
ボール搭載ヘッド１２は、ボール供給装置１３とボール搭載ステージ１０との問を往復運動するが、図２に示すように負圧もしくは真空源に接続された吸引機構１８を持ち、ボール配列板１９にて多数の導電性ボールＢを吸引配列するようになっている。ボール配列板１９は、ウエハＷにおける複数の半導体チップＣの電極部に対応する吸着孔１９ａを有する。そして、吸引機構１８によって、ボールトレー１４内で跳躍する導電性ボールＢを各吸着孔１９ａに１つずつ吸着させることができる。
【００２２】
ここで、図２（ａ），（ｂ）からも分かるようにボール配列板１９に対向しているボールトレー１４のボール供給エリア部分２０の面積（開口部１４ａ）が、ボール配列板１９の配列エリアよりも小さく設定されている。なお、この場合図４のようにボールトレー１４の幅（図示例ではＸ方向）については、ボール配列板１９の配列エリアとほぼ同一幅もしくは幅広であってもよい。
【００２３】
上記構成において、ボール搭載ヘッド１２がボールを吸引し始め、搭載対象物に導電性ボールＢを搭載するまでの配列動作について説明する。
ボール供給装置１３においてボールトレー１４内の導電性ボールＢは、加振機によって跳躍している。図１の点線のようにボール搭載ヘッド１２をボールトレー１４の所定の高さまで降下させ、その跳躍する導電性ボールＢを吸着する。このとき図４に示すように、Ｚ軸方向は一定としたままで、配列エリアの一方から他方にかけて、Ｙ方向にヘッドを移動させ、配列面全域にボールを供給するようにする。この場合、配列エリアに対向しているボールトレー１４のボール供給エリアをボール配列板１９の配列エリアよりも小さくしていることで、配列面全域に満遍なくかつ適正にボールを供給することができる。
【００２４】
ここで、上記のようにボール配列板１９とボールトレー１４とを相対的に平行移動させる際、ボール配列板１９の配列面におけるボールトレー１４の対向部分でのみ吸引配列させことで、高い吸引力を確保することができる。すなわち配列面におけるボールトレー１４と対向していない未吸着の部分（これから吸着しようとする配列面の領域）は、実質的に閉塞しておき、ボールトレー１４の対向部分のみを開口して行なうとよい。この場合、ボール搭載ヘッド１２内にたとえば分割昇降可能なプレート部材を装着し、そのプレート部材をボールトレー１４の動き（Ｙ方向）とリンクさせて昇降させるように構成する。そしてボールトレー１４の対向部分のみを開口しながら吸引することで、高い吸引効率を得ることができる。
【００２５】
なお、ボール搭載ヘッド１２とボールトレー１４が相対的に平行移動するように、ボールトレー１４がＹ方向に移動するようにしてもよい。また、Ｙ方向の一方向に１回のみの吸引動作では配列エリア全体に完全に吸着できない場合は、何度か往復させてもよいし、ボールトレーを２つ用意して、間隔を開けてセットして二重構造にしてもよい。あるいはまた、図５に示されるように配列エリアの中央にボール搭載ヘッド１２を設置し、ボールトレーを回転させて配列エリア全域をカバーするようにしてもよい。
【００２６】
つぎに、導電性ボールＢを吸着した後、ボール搭載ヘッド１２は上昇し、ガイドレール１１に沿ってボール搭載ステージ１０まで移動する。この際、不良ボールの除去を行う。この後、配列検査用カメラ１７がＸ方向に移動して、ボール配列板１９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１０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１６位置に戻って不良除去を行う。
【００２７】
なお、この不良除去の際、図示されていない除去位置記憶装置によって、除去した位置を記憶し、ボール配列板１９上の不良除去位置にボールトレー１４が来るようにフィードバックさせ、再吸着を行うようにすることもできる。
【００２８】
つぎに、ボール搭載ヘッド１２は、ボール搭載ステージ１０で待機しているウエハＷに対する位置合せが行われる。そしてボール搭載ヘッド１２を降下させることにより、ボール配列板１９に吸着されている導電性ボールＢが、フラックスが塗布されてたウエハＷの電極部に搭載される。
【００２９】
なお、ボール搭載ヘッド１２はウエハＷ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ＢをウエハＷに対して最適荷重で接触させ、導電性ボールＢをつねに適性かつ円滑に搭載することができる。
【００３０】
ウエハＷ上にボール搭載後、ボール配列板１９上に残存するボールがあることを考慮して、ボール除去機構１６によって吸引除去動作をする。
【００３１】
なお、上記実施形態におけるボールトレー１４の具体的形状等については、図示例のものに限定されるものではなく、多角形あるいは円弧状等の種々の形態を採用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、この種のボール搭載装置あるいは方法において、典型的にはウエハ上へのボールを用いたバンプ形成のように大量のボールを一括搭載する場合、ボール吸引配列時に余剰ボールなどのエラーを格段に少なくすることができる。しかも、吸着時間の短縮を図れるため、生産性を大幅に向上させることができる等の利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明装置におけるボール搭載ヘッドまわりの構成を示す側面図および平面図である。
【図３】本発明の実施形態における導電性ボールが搭載されるウエハの例を示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態における作用を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態におけるボールトレーの変形例を示す図である。
【符号の説明】
１０　　ボール搭載ステージ
１１　　ガイドレール
１２　　ボール搭載ヘッド
１３　　ボール供給装置
１４　　ボール収容容器（ボールトレー）
１５　　加振機
１６　　ボール除去機構
１７　　配列検査用カメラ
１８　　吸引機構
１９　　配列板
１９ａ　　吸着孔
２１　　光センサ
２２　　導電性ボール補充装置
Ｗ　　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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