(57)【要約】【課題】大面積の吸着エリアの全域にわたって吸着に要する時間を短縮するとともに、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ことのできる微細導電性ボールの収容容器及び配列方法、配列搭載装置、搭載方法を提供できるようにする。【解決手段】ボール収容容器内の導電性ボールを振動によって跳躍させた状態にして分散し、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搭載対象物の電極に対して一括で搭載することに用いる収容容器であって、前記ボール収容容器が回転することによりボールを吸引配列する際の巻き込みガス流によって前記容器中央にボールが集中することを防ぐようにして、ボール搭載時の歩留を向上できるようにする。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボール収容容器内の微細導電性ボールを振動によって跳躍させた状態にして分散し、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搭載対象物の電極に対して一括で搭載することに用いる微細導電性ボールの収容容器であって、
前記ボール収容容器が回転することによりボール吸引配列する際の巻き込みガス流によって前記容器中央に微細導電性ボールが集中することを防ぐようにしたことを特徴とする微細導電性ボールの収容容器。
【請求項２】
前記ボール収容容器のボールを収容する部分の中央が凸になっていることを特徴とする請求項１に記載の微細導電性ボールの収容容器。
【請求項３】
前記ボール収容容器のボールを収容する部分の少なくとも一部に凹凸があり、前記凹凸によって吸引時に前記ボール収容容器の中央部に微細導電性ボールが集中することを防いだことを特徴とする請求項１に記載の微細導電性ボールの収容容器。
【請求項４】
前記ボール収容容器が回転することを特徴とする請求項２または３に記載の微細導電性ボールの収容容器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の微細導電性ボールの収容容器を備え、微細導電性ボールを吸引配列する工程で、配列ヘッド内の圧力を検出し、その圧力変化に応じてボール吸引ガス流量と前記ボール収容容器の回転数を制御することを特徴とする微細導電性ボールの収容方法。
【請求項６】
ボール収容容器内の微細導電性ボールを振動によって跳躍させた状態にして分散し、ボール配列板に吸引配列した後、前記微細導電性ボールを搭載すべき搭載対象物の電極に対して一括で搭載することに用いる微細導電性ボールの配列搭載装置であって、
請求項１〜４のいずれかに記載のボール収容容器を備えたことを特徴とする微細導電性ボールの配列搭載装置。
【請求項７】
ボール収容容器内の導電性ボールを振動によって跳躍させた状態にして分散し、ボール配列板に吸引配列した後、前記微細導電性ボールを搭載すべき搭載対象物の電極に対して一括で搭載することに用いる微細導電性ボールの搭載方法であって、
前記配列方法として、請求項５に記載のボール配列方法を用いたことを特徴とする微細導電性ボールの配列搭載方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細導電性ボールの収容容器及び収容方法、微細導電性ボールの配列搭載装置及び配列搭載方法に係り、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たとえば、特許文献１に記載されている。
【０００３】
前記公報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導電性ボールを吸着保持した後、該ボール配列板を接合用ステージにて電極パッドに微小導電性ボールを熱圧着させることによってバンプを形成する。或いはまた、プリント配線板等の電極部や半導体素子の電極部などに低融点金属から成るバンプを形成する場合は、電極部に予めフラックスを供給しておき、微小導電性ボールを電極部に配列した後リフローする方法が一般的である。
【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。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。
【０００５】
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、一方ではチップの高性能化のため電極数は増加し、バンプ形成のための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つ分の配列を行なうことは、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、すなわち、ダイシング工程を行なう前に、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ている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−１５３７６５号公報
【０００８】
【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バンプを配置しようとした場合、ボール吸引工程において吸引エリアの外周部に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いう問題が生じていた。
【０００９】
この問題の要因としては、半導体チップ１つ分の導電性ボールを吸着する場合と比較して、吸引面積が大きくなるとともに、吸引孔数が増加するため吸引の風量が極めて大きくなることがある。風量が増大し、ボール容器と配列板間の空間が１センチから１５センチ程度で狭いため、配列ヘッドと容器との間に流れ込む横風の速度は非常に大きくなり、外周部に吸着されるべきボールがボール収容容器内側に流されてしまうことが主要因として上げられる。
【００１０】
本発明は前述の問題点にかんがみてなされたもので、大面積の吸着エリアの全域にわたって吸着に要する時間を短縮するとともに、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ことのできる微細導電性ボールの収容容器及び配列方法、配列搭載装置、搭載方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の微細導電性ボールの収容容器は、ボール収容容器内の微細導電性ボールを振動によって跳躍させた状態にして分散し、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搭載対象物の電極に対して一括で搭載することに用いる微細導電性ボールの収容容器であって、前記ボール収容容器が回転することによりボール吸引配列する際の巻き込みガス流によって前記容器中央に微細導電性ボールが集中することを防ぐようにしたことを特徴としている。
【００１２】
本発明の微細導電性ボールの収容方法は、前記に記載の微細導電性ボールの収容容器を備え、微細導電性ボールを吸引配列する工程で、配列ヘッド内の圧力を検出し、その圧力変化に応じてボール吸引ガス流量と前記ボール収容容器の回転数を制御することを特徴としている。
【００１３】
本発明の微細導電性ボールの配列搭載装置は、ボール収容容器内の微細導電性ボールを振動によって跳躍させた状態にして分散し、ボール配列板に吸引配列した後、前記微細導電性ボールを搭載すべき搭載対象物の電極に対して一括で搭載することに用いる微細導電性ボールの配列搭載装置であって、前記に記載のボール収容容器を備えたことを特徴としている。
【００１４】
本発明の微細導電性ボールの配列搭載方法は、ボール収容容器内の導電性ボールを振動によって跳躍させた状態にして分散し、ボール配列板に吸引配列した後、前記微細導電性ボールを搭載すべき搭載対象物の電極に対して一括で搭載することに用いる微細導電性ボールの搭載方法であって、前記配列方法として、前記に記載のボール配列方法を用いたことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照しながら本発明の微細導電性ボールの収容容器及び収容方法、微細導電性ボールの配列搭載装置及び配列搭載方法の実施の形態について説明する。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。
【００１６】
先ず、一般のボール吸着工程の一例を図１に示す。導電性ボール７をボール収容容器９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９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つながれており、減圧空間２を減圧する。配列板支持部４には配列ヘッドの導通穴３があり、配列板支持部４に設置される配列板５の吸引孔６と減圧空間２をつないでいる。
【００１７】
これらにより、跳躍する導電性ボール７は配列板５の吸引孔６へ吸着される。配列板５と配列板支持部４の間に多孔質体やメッシュなどを挿入して通気性を確保してもよい。このとき、ボールサイズが２００μｍ以下の微小な場合ボール吸着によるガス流の影響でボール収容容器の中央にボールが集中し、外周部の吸引孔にはボールが吸着し難くなる。なお、図１０において、１０は配列板支持治具を示している。
【００１８】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態のボール収容容器は、図２に示すように、ボール収容容器を回転することによって、ボールが収容容器中央に集中することを防いでいる。ガス流によって集中するボールをボール収容容器の回転によって発生する遠心力で外側へ戻す。このときの回転数は１〜１０００ＲＰＭの範囲で任意に設定できる。
【００１９】
（第２の実施の形態）
次に、図３を参照しながら第２の実施の形態ボール収容容器を説明する。このボール収容容器はボールを収容する部分の中央部が凸となっており、面全体が容器外側にかけて緩やかに下がっている傾斜をなしている。この傾斜によってボール跳躍が外側に向かうためボール吸引過程での中央へのボールの集中を防ぐことができる。ボールを吸引する際のガス流量にもよるが傾斜角は１°から１５°の範囲であれば効果が得られる。さらに、ボール収容容器の振動が停止しているときにも中央部に集まったボールが外側へ自動的に転がり戻る効果がある。
【００２０】
（第３の実施の形態）
次に、図４（ａ）及び（ｂ）を参照しながら第３の実施の形態のボール収容容器を説明する。このボール収容容器は、図４（ａ）の平面図、及び図４（ａ）のＰ−Ｐ‘線に沿う断面図に示すように、ボール収容部に放射線状に溝が形成されている。溝は容器外周に向けて深くなるように傾斜がかけられている。これにより、ボール吸引ガス流によって中央へ集中下ボールが、傾斜がかけられている部分で跳躍すると外側に戻るようになる。
【００２１】
傾斜角度は１°から３０°の範囲であれば効果が得られる。図３よりも角度が大きいのは傾斜する面積が少ないため、角度をより大きくすることで中央に集中するボールと外側へ戻るボールのバランスが取れるのである。さらに、図３と同様にボール収容容器の振動が停止しているときにも中央部に集まったボールが外側へ自動的に転がり戻る効果がある。
【００２２】
（第４の実施の形態）
次に、図５（ａ）及び（ｂ）を参照しながら本実施の形態のボール収容容器を説明する。このボール収容容器は、図５（ａ）の平面図、及び図５（ａ）のＰ−Ｐ‘線に沿う断面図に示すように、のボール収容容器を説明する。このボール収容容器はボール収容部がのこぎり状に凹凸が形成されている。傾斜は同心円状に外側に向けて角度が付けられている。この場合の傾斜角は凹凸の数にも依存するが各々５°〜４５°の範囲であれば効果が得られる。
【００２３】
これらいずれのボール収容容器の形状においても、容器の回転を用いることによって中央へのボール集中を防ぐことができる。ボール収容容器を回転させる場合、収容容器に凹凸があると、回転に伴ってボールが凹凸部に当たることでより外側へ転がりやすくなる。
【００２４】
また、本発明のボール配列搭載機によれば、ボール吸引過程で配列ヘッド内の減圧空間２の圧力を検出し、圧力変化に応じて吸引ガス流とボール収容容器の回転数をそれぞれ独立に制御することも連動させて制御することもできる。例えば、ボール吸引初期では未吸着の吸引孔が多く、圧力は下がらないので大きな吸引ガス流を必要とするが、中央部にボールが集中するため収容容器は早い回転数で回転する。徐々にボールが吸引孔に吸着されるにつれ、減圧空間の圧力が下がる。
【００２５】
すると、ボール収容容器外周から入る吸引ガス流量が増加し、更にボールは中央に集まりやすくなるので圧力が下がりすぎないよう吸引流量を減らしていく。すると外周からのガス流量も減少するため、収容容器の回転が強いと外へ飛び出すボールが発生するので回転数を下げる。最終的には全面吸着したときの吸引圧力と吸引ガス流量を予め設定しておき、それに応じた収容容器の回転数を実験から見出して設定することができる。
【００２６】
具体的には、吸着動作初期では−２００ｍｍＨｇで吸着し、収容容器の回転は２００ＲＰＭで回転する。ボールが吸着されるに従って収容容器内に流入するガス流を押えるために、連続的に−１００ｍｍＨｇに変化させていく。それに合わせて連続的に収容容器の回転も２０ＲＰＭへ下げていく。最終的に配列面全域を吸着し終えた場合は圧力を−１０ｍｍＨｇにし、回転を停止させるといったようなシーケンスを設定できる。
【００２７】
図６は、本発明の微細導電性ボールの配列搭載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は紙面と垂直方向のウエハ搬送路に沿ってウエハステージ２０上に固定された状態で移動し、所定の位置で待機する。
【００２８】
ここで、実施形態では、たとえば４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７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の電極部には本発明のボール配列板を用いて複数の導電性ボールが搭載される。図５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に搭載する工程で用いるボール配列板に関するものである。
【００２９】
また、図６に示されるように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１１が設置され、このガイドレール１１にはＸ−Ｚ方向に移動可能なボール配列ヘッド１が支持される。ボール配列ヘッド１は、図３に示すように減圧空間２と、ボール配列板５の吸引孔６と減圧空間２とを結ぶ導通穴３を備えており、導通穴３の設置されている下面にボール配列板５を固定し、導電性ボール７をボール配列板に吸引配列する。
【００３０】
吸着する工程において、前述のように減圧空間内の圧力検値によるのボール収容容器の回転数とガス流量の動作シーケンスを予め設定しておき、効率よくボールの吸着配列ができるようにしておく。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７を一括で搭載する。
【００３１】
ガイドレール１１の一端側にてボール配列ヘッド１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７を収容するボール収容容器９と、前記ボール収容容器９を加振させてボール収容容器９内で導電性ボール７を跳躍させる加振機１５を含んでいる。
【００３２】
ボール配列ヘッド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、ボール吸着中や、吸着終了時に振動を加えることによって、吸引孔６周辺や吸引孔以外の部分に付着する余剰ボールの発生を抑制することができる。この場合、振動周波数は数Ｈｚ〜１ＧＨｚ程度が好ましい。振動印加時間、振幅、周波数、印加タイミングは任意に設定できることが望ましい。
【００３３】
振動発生源の設置場所は、ボール配列板に振動が伝達されれば特に問わないが、よりボール配列板に近い位置が好ましく、配列ヘッドの壁面か、配列板支持治具１０に設置しても良いし、直接ボール配列板に設置しても良い。
【００３４】
ボール供給装置１３とウエハステージ２０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、ボール配列ヘッド１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。除去する際に配列ヘッド１に前述の振動発生源によって振動を加えると、より効果的に除去することができる。また、配列検査カメラ１７はボール配列ヘッド１におけるボール配列不良を検査する。
【００３５】
ボール配列ヘッド１は、ボール供給装置１３とウエハステージ２０との間を往復運動するが、減圧空間２は負圧もしくは真空源に接続された図示しない吸引機構に繋がれており、ボール配列板５にて多数の導電性ボール７を吸引配列するようになっている。また、この減圧空間２と吸引機構の間にバルブを設け、ボール搭載過程でバルブを切り替えて吸引機構から加圧ポンプに繋ぎかえることにより、減圧空間を陽圧にすることもできる。
【００３６】
ボール配列板５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６を有する。そして、吸引機構によって、ボール収容容器９内で跳躍する導電性ボール７を各吸着孔６に１つずつ吸着させることができる。前記構成において、ボール配列ヘッド１がボールを吸引し始め、搭載対象物に導電性ボール７を搭載するまでの配列動作について説明する。
【００３７】
ボール供給装置１３において、ボール収容容器９内の導電性ボール７は、加振機１５によって跳躍している。図６の点線のようにボール配列ヘッド１をボール収容容器９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７を吸着する。
【００３８】
次に、導電性ボール７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１１に沿ってウエハステージ２０まで移動する。この移動途中に、不良ボールの除去を行なう。この後、配列検査用カメラ１７がＹ方向に移動して、ボール配列板５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、ウエハステージ２０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の位置に戻って不良除去を行なうことも可能である。
【００３９】
つぎに、ボール配列ヘッド１は、ウエハステージ２０で待機しているウエハＷに対する位置合せが行われる。そしてボール配列ヘッド１を降下させることにより、ボール配列板５に吸着されている導電性ボール７が、フラックスが塗布されていたウエハＷの電極部に搭載される。
【００４０】
なお、ボール配列ヘッド１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７をウエハＷに対して最適荷重で接触させ、導電性ボール７をつねに適性かつ円滑に搭載することができる。
【００４１】
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。この場合、振動周波数は数Ｈｚ〜１ＧＨｚ程度が好ましい。振動印加時間、振幅、周波数、印加タイミングは任意に設定できることが望ましい。
【００４２】
ウエハＷ上にボール搭載後、ボール配列板５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こともできる。
【００４３】
【実施例】
以下、実施例を示す。
実施条件：
使用ボールサイズ：１００μｍφ、ボール材質：Ｓｎ６３Ｐｂ共晶
配列板：８インチ（２００ｍｍ）ウエハ対応、吸引孔数：３８５０００個／ウエハ  （６２５個／チップ）、チップ数：６１６個／ウエハ
配列板板厚：１００μｍ、吸引孔径：７０μｍφ、吸引孔ピッチ：２００μｍ
吸引時間：９０秒
以下、一回の吸着動作で発生したボール未吸着の吸引孔数を示す。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
実施例に記載されているのは、各ボール収容容器につき１条件のみだが、各収容容器で回転の有無や他に６０μｍφ、８０μｍφ、１５０μｍφのボールサイズや、Ｐｂフリー材（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系）においても同様の試験を実施し、本発明のボール収容容器が従来容器では達し得ない、前記と同等の良好な結果を得ている。但し、ボールサイズが６０μｍφの場合は配列板の板厚が７０μｍ、吸引孔径が４０μｍφ、吸引孔ピッチが１００μｍで実施した。
【００４６】
（本発明の他の実施の形態）
本発明は複数の機器から構成されるシステムに適用しても１つの機器からなる装置に適用しても良い。
【００４７】
また、前述した実施の形態の機能を実現するように各種のデバイスを動作させるように、前記各種デバイスと接続された装置あるいはシステム内のコンピュータに対し、記憶媒体から、またはインターネット等の伝送媒体を介して前記実施の形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（ＣＰＵあるいはＭＰＵ）に格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
【００４８】
また、この場合、前記ソフトウェアのプログラムコード自体が前述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、およびそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムコードを格納した記憶媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記憶媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
【００４９】
また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、前述の実施の形態で説明した機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）あるいは他のアプリケーションソフト等と共同して前述の実施の形態で示した機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施の形態に含まれることは言うまでもない。
【００５０】
さらに、供給されたプログラムコードがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、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引配列を行なうことができ、ボール搭載歩留を向上させて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ようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の微細導電性ボールの収容容器の背景技術を示し、ボール吸着時の様子を示す図である。
【図２】第１の実施の形態のボール収容容器を示す図である。
【図３】第２の実施の形態ボール収容容器を説明する図である。
【図４】第３の実施の形態のボール収容容器を説明する図である。
【図５】第４の実施の形態のボール収容容器を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態を示し、微細導電性ボールの配列搭載装置の概略構成を示す図である。
【図７】微細ボールが搭載されるウエハの一例を示す図である。
【符号の説明】
１  配列ヘッド
２  減圧空間
３  配列ヘッドの貫通穴
４  配列板支持部
５  配列板
６  吸引孔
７  導電性ボール
９  ボール収容容器
１０  配列板支持押え治具
【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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