(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性ボールが搭載される被搭載物を吸着支持する載置面を上面に有するステージと、
被搭載物が供給される供給位置と被搭載物に導電性ボールが搭載される搭載位置との間で前記ステージを移動させるステージ移動手段と、
前記搭載位置にて配列マスクを有し、該配列マスクを介して導電性ボールを被搭載物に搭載する搭載手段と、
前記搭載手段の前記配列マスクと前記ステージの載置面との距離を変更可能な昇降手段と
を備えた導電性ボールの搭載装置において、
前記供給位置にて被搭載物に押圧部材を当接させて反りを矯正する反り矯正手段を設けるとともに、
前記供給位置で被搭載物に当接して持ち上げられた前記押圧部材の上面の高さを測定することにより被搭載物の厚さを測定し、その測定した厚さに応じて前記搭載位置での被搭載物上面と前記配列マスク上面との距離が所定距離になるよう前記昇降手段を制御して導電性ボールを搭載することを特徴とする導電性ボール搭載装置。
【請求項２】
前記搭載位置に隣接して、印刷用マスクを有し、該印刷用マスクを介してフラックスを被搭載物に印刷する印刷手段を設け、前記供給位置で測定した被搭載物の厚さに応じて、被搭載物上面と前記印刷用マスクの上面との距離が所定距離になるよう前記昇降手段を制御する請求項1に記載の導電性ボール搭載装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性ボール搭載装置の改良に関するもので、詳しくは、フラックスが印刷された被搭載物であるウエハ上に配列マスクを設け、配列マスクの上面に沿って多数の導電性ボールを収容したボールカップを移動させることによって、導電性ボールを配列マスクの貫通孔に落とし込んで被搭載物上に搭載する導電性ボール搭載装置における配列マスクと被搭載物の間隔制御を主眼に開発されたものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、特許文献１記載のように、フラックスが印刷された被搭載物であるウエハ上に配列マスクを設け、配列マスクの上面に沿って多数の半田ボールを収容したボールカップを移動させることによって導電性ボールを配列マスクの貫通孔に落とし込んでウエハ上に搭載する導電性ボール搭載装置が存在した。
【０００３】
このような導電性ボール搭載装置において、ボールカップの移動によって導電性ボールである半田ボールを落とし込む際に、配列マスクにフラックスが付着するのを防止するため配列マスクとウエハの間にフラックスの塗布厚みより大きな間隙を設けるようにしていた。この搭載時の配列マスクとウエハとの間隔は、ウエハを基準の厚さとしてウエハが載置されるステージと配列マスクとを所定距離になるよう設定しているのが通常であった。
【０００４】
ところがウエハの厚さにはばらつきがあり、大きいものでは１００μｍもあるものもあった。このばらつきは使用半田ボール径の半分以上に相当することもあり、例えば図５に示されるようにウエハ１４の厚さが基準の厚さより薄い場合には、落とし込んだ半田ボール２１Ａの上にある半田ボール２１Ｂが貫通孔１８に深く落ち込んだり、半田ボール２１Ａが、上にある半田ボール２１Ｂに押さえられて配列マスク１９とウエハ１４の間に入り込みやすくなったりして、ダブルボール発生の原因の１つになっていた。
【０００５】
逆に、図６に示されるように、ウエハ１４の厚さが基準の厚さより厚い場合には、配列マスク１９上面より、落とし込んだ半田ボール２１Ａの上部が突出し、配列マスク１９上面に近接して移動するボールカップ２３により該半田ボール２１Ａが切断若しくは損傷することがあった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−８８３４４号公開特許公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、配列マスク上面と被搭載物上面との間隔を適正距離に制御することにより、ダブルボールの発生や半田ボールの切断若しくは損傷などの生じない導電性ボール搭載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】
【０００８】
第１の発明は、上記課題を解決するため、導電性ボール搭載装置に次の手段を採用する。
第１に、導電性ボールが搭載される被搭載物を吸着支持する載置面を上面に有するステージと、被搭載物が供給される供給位置と被搭載物に導電性ボールが搭載される搭載位置との間で前記ステージを移動させるステージ移動手段と、前記搭載位置にて配列マスクを有し、該配列マスクを介して導電性ボールを被搭載物に搭載する搭載手段と、前記搭載手段の前記配列マスクと前記ステージの載置面との距離を変更可能な昇降手段とを備えた導電性ボールの搭載装置とする。
第２に、前記供給位置にて被搭載物に押圧部材を当接させて反りを矯正する反り矯正手段を設ける。
第３に、前記供給位置で被搭載物に当接して持ち上げられた前記押圧部材の上面の高さを測定することにより被搭載物の厚さを測定する。
第４に、その測定した厚さに応じて前記搭載位置での被搭載物上面と前記配列マスク上面との距離が所定距離になるよう前記昇降手段を制御して導電性ボールを搭載する。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明に、前記搭載位置に隣接して、印刷用マスクを有し、該印刷用マスクを介してフラックスを被搭載物に印刷する印刷手段を設け、前記供給位置で測定した被搭載物の厚さに応じて、被搭載物上面と前記印刷マスクの上面との距離が所定距離になるよう前記昇降手段を制御するという手段を付加した導電性ボール搭載装置である。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明は、被搭載物が供給される供給位置で被搭載物に当接して持ち上げられた押圧部材の上面の高さを測定することにより被搭載物の厚さを測定し、この測定した厚さに応じて搭載位置での被搭載物上面と配列マスク上面との距離が所定距離になるよう昇降手段を制御して導電性ボールを搭載するものとしたので、落とし込んだ半田ボール２１Ａの上にある半田ボール２１Ｂが貫通孔１８に深く落ち込んだり、半田ボール２１Ａが上にある半田ボール２１Ｂに押さえられて配列マスク１９とウエハ１４の間に入り込みやすくなったり、逆に、配列マスク１９上面より落とし込んだ半田ボール２１Ａの上部が突出し、配列マスク１９上面に近接して移動するボールカップ２３により該半田ボール２１Ａが切断若しくは損傷することがなくなった。
【００１３】
又、被搭載物が供給される供給位置にて被搭載物に押圧部材を当接させて反りを矯正する反り矯正手段を設けるとともに、供給位置で被搭載物に当接して持ち上げられた押圧部材の上面の高さを測定することにより被搭載物の厚さを測定するので、反りのある被搭載物であっても、配列マスク上面と被搭載物上面との間隔を適正距離に保つことができるものとなった。
【００１５】
また、第２の発明では、搭載位置に隣接して設けられたフラックスの印刷手段も、被搭載物の厚さに応じて昇降手段による距離制御を行うものとしたので、精度の良いフラックスの印刷を行うことができ、製品精度の高い導電性ボール搭載装置となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に従って、実施例と共に本発明の実施の形態について説明する。本発明において、上面に導電性ボールが搭載される電極を有する被搭載物としては、半導体ウエハ（以後、単にウエハと表記する）や、電子回路基板や、セラミック基板などがあるが、実施例ではウエハ１４を用いている。また、粘着材料としては、フラックスや半田ペーストや導電性の接着剤などが用いられるが、実施例ではフラックス３８が用いられている。また、導電性ボールとしては半田ボール２１が用いられている。
【００１７】
図１は、半田ボール搭載装置１の全体を示す概略平面図であり、該半田ボール搭載装置１は、図１中左方より、搬入用のウエハ供給部２、フラックス印刷部３、ボール搭載部４、搬出用のウエハ受渡部５を有している。半田ボール搭載装置１の前工程には、ウエハ収容部６、一次アライメント部７及び搬入用ロボット８が存在し、後工程には、ウエハ収納部１０及び搬出用ロボット１１が存在する。
【００１８】
前工程の一次アライメント部７は、ウエハ１４を水平面で回転するようになっており、ウエハ１４を回転させることによって、ウエハ１４のオリフラまたはノッチの位置を検出し、ウエハ１４のおおまかな位置を補正するとともにウエハ供給部２に載置するウエハ１４を所定の方向にする部分である。
【００１９】
半田ボール搭載装置１には、ウエハ供給部２よりフラックス印刷部３、ボール搭載部４、ウエハ受渡部５へとウエハ１４を搬送するウエハ搬送ステージ１２及び搬送路１３が形成されている。搬送路１３には搬送ステージ１２のＸ軸（図中左右方向）移動装置が設けられている。
【００２０】
ウエハ搬送ステージ１２には、供給され載置されたウエハ１４を吸着支持する吸着ステージ２２が存在し、該吸着ステージ２２を有するウエハ搬送ステージ１２は、搬送路１３によってＸ軸方向に移動可能に装着されており、ウエハ１４の供給位置となるウエハ供給部２と、フラックス印刷部３、半田ボール２１が搭載される搭載位置となるボール搭載部４、更にはウエハ受渡部５の間を移動可能とされている。
【００２１】
更に、ウエハ搬送ステージ１２は、ウエハ１４の搬送方向に直交する方向（Ｙ軸方向）の移動手段であるＹ軸駆動機構２８と回動手段であるθ軸駆動機構２９と、昇降手段であるＺ軸駆動機構３０を備えている。Ｚ軸駆動機構３０が、ウエハ供給部２でのウエハ１４の厚さ測定のための昇降の役割や、フラックス印刷部３での印刷マスク１５とウエハ１４の距離制御の役割や、ボール搭載部４でのウエハ１４に半田ボール２１を搭載する際の、ボール配列マスク１９とウエハ１４の距離制御の役割も果たしている。尚、ウエハ搬送ステージ１２の吸着ステージ２２の近傍にはマスク認識カメラ５０が、上方に向けて２台設置され、印刷マスク１５やボール配列マスク１９の下面に形成されたアライメントマークを認識するようになっている。
【００２２】
本発明におけるウエハ供給位置となるウエハ供給部２には、図４に示されるように、反り矯正装置２４と、厚さ測定装置２５と、アライメントマーク認識装置２６とが設けられている。ここでの、アライメントマーク認識装置２６は、吸着ステージ２２の載置面に載置されたウエハ１４の２カ所のアライメントマークを認識し、フラックス印刷部３やボール搭載部４でのウエハ１４と印刷マスク１５やボール配列マスク１９との位置合わせを行うためのものである。
【００２３】
ウエハ搬送ステージ１２の吸着ステージ２２の上面にある載置面からの吸着だけでは、ウエハ１４の反りが矯正されないため、ウエハ供給部２には、反り矯正装置２４が設けられている。ウエハ１４の電極は、配列パターンに合わせて形成され、種類によって突出していたり、凹んでいたりして形成されているが、周辺部には形成されていない。従って、反り矯正装置２４は、ウエハ１４の周辺部の電極が形成されていないところに当接されるようなリング状の当接面４０を有する円形押圧部材２７で形成され、ウエハ供給部２の搬送路１３上方に張り出したフレーム３１に、吊り下げられるように設けられている。
【００２４】
詳細に説明すると、フレーム３１には水平な支持面４２と該支持面４２を貫通する貫通孔が設けられ、円形押圧部材２７の上面中心部にねじ軸４１が設けられる。このねじ軸４１は、支持面４２に設けられた貫通孔内に遊嵌され、支持面４２より上方へ突出した部分にナット３９が螺着されて、ナット３９下面がフレーム３１の支持面４２に当接するようになっている。これにより円形押圧部材２７は、上方に移動可能であり、ナット３９の位置を調節することにより、円形押圧部材２７の下限位置が設定される。
【００２５】
吸着ステージ２２にウエハ１４が載置された状態で吸着ステージ２２を上昇させたときに、下限位置の円形押圧部材２７を持ち上げることにより、主に円形押圧部材２７の自重が下方に対して押し圧として作用し、ウエハ１４の反りを矯正するようになっている。また、円形押圧部材２７の上面には、上記ねじ軸４１を挟んで２つのガイドピン３５が立設され、フレーム３１には筒状のガイド３４が設けられ、ガイド３４によりガイドピン３５の上下動を案内するようになっている。尚、反り矯正装置２４により、矯正後、ウエハ搬送ステージ１２の吸着ステージ２２の上面に一旦吸着を行えば、ボール搭載まで吸着は継続するため、反りは戻らない。
【００２６】
厚さ測定装置２５は、接触式センサであっても、非接触式センサであっても良いが、実施例では、高精度測定が可能な接触式センサが用いられている。厚さ測定装置２５は、フレーム３１に取り付けられており、円形押圧部材２７の上面の高さを測定することにより、ウエハ１４の厚さを測定するようにされている。
【００２７】
厚さ測定装置２５は、ウエハ１４を載置しない吸着ステージ２２の載置面を、円形押圧部材２７に当接した後、少し上昇させる所定位置を基準位置として、このときの円形押圧部材２７の上面の高さで零（０）を出力するように設定されている。そして、ウエハ１４を載置した状態で吸着ステージ２２を上記基準位置まで上昇させることにより、厚さ測定装置２５は、ウエハ１４を介して持ち上げられた円形押圧部材２７の上面の高さを測定し、基準位置との差分でウエハ１４の厚みの値を得る。尚、１ロッド内でウエハ１４の厚さにはかなりのばらつきがあり、大きいもので１００μｍ程度のウエハ１４が存在する。それに比べて、１枚のウエハ１４内ではばらつきはほとんどない。
【００２８】
フラックス印刷部３には、フラックス供給装置１６と、ウエハ１４に粘着材料であるフラックスを印刷するための印刷マスク１５とが配備されている。印刷マスク１５は、ウエハ１４上の電極の配列パターンに合わせて配列された貫通孔が形成されており、貫通孔形成領域３６内の印刷マスク１５の下面２カ所にはアライメントマーク（図示されていない）が表記され、型枠１７に張り付けられ、更にフレームなどの固定部に保持されている。
【００２９】
フラックス供給装置１６は、印刷マスク１５上面に沿ってスキージ（図示されていない）を移動することによってフラックスが印刷マスク１５の貫通孔内に刷り込まれ、ウエハ１４の電極上に供給されるようになっている。尚、図中３３は、印刷マスク１５に付着したフラックスを除去するクリーニングユニットである。該、フラックス印刷部３においても、ウエハ供給部２で測定したウエハ１４の厚さに応じて、Ｚ軸駆動機構３０により印刷マスク１５とウエハ１４の距離を制御している。
【００３０】
ボール搭載部４には、半田ボール供給装置２０と、ウエハ１４上の電極のパターンに合わせて配列された貫通孔１８が形成されたボール配列マスク１９とが配備されている。
【００３１】
ボール配列マスク１９の厚みは、供給される半田ボール２１の径の約半分の厚さであり、貫通孔１８の径は半田ボール２１の径より若干大きく形成してある。尚、ボール配列マスク１９は、印刷マスク１５と同様、貫通孔形成領域３６内の下面２カ所にアライメントマーク（図示されていない）が表記され、型枠３７に張り付けられ、フレームなどの固定部に保持されている。
【００３２】
半田ボール供給装置２０は、多数の半田ボール２１を貯留したボールホッパと、ボール配列マスク１９に半田ボール２１を落とし込むボールカップ２３と、ボールカップ２３をＸ軸ガイド及びＹ軸ガイドに沿って移動させると共にＺ軸方向にも変移させることができる移動ユニットを有している。該ボールカップ２３が、ボール配列マスク１９の上面に沿って移動することにより、貫通孔１８から半田ボール２１をウエハ１４に搭載する。尚、ボールホッパは、半田ボール２１のサイズと材料により交換される。
【００３３】
以下、図面に従って実施例の半田ボール搭載装置１の動作について説明する。先ず、半田ボール２１が搭載されるウエハ１４は、ウエハ収容部６のカセット３２に収納されている。そこで、搬入用ロボット８により、ウエハ収容部６のカセット３２から１枚のウエハ１４が取り出され、一次アライメント部７へ搬入される。一次アライメント部７では、ウエハ１４を回転することによって、オリフラまたはノッチの位置を検出し、ウエハ１４のおおまかな位置を補正するとともに、オリフラまたはノッチを所定位置となるようにする。続いて、ウエハ１４は、搬入用ロボット８によって一次アライメント部７からウエハ供給部２に待機しているウエハ搬送ステージ１２に載置される。このウエハ搭載前に厚さ測定装置２５により、基準位置まで上昇させた吸着ステージ２２の載置面の位置を測定して、この測定値を基準値（０）に設定しておく。
【００３４】
ウエハ１４がウエハ搬送ステージ１２の吸着ステージ２２に吸着されると、吸着ステージ２２は、Ｚ軸駆動機構３０により上昇し、反り矯正装置２４の円形押圧部材２７のリング状当接面４０にウエハ１４の周辺部を当接させる。これによりウエハ１４の反りを矯正した後、厚さ測定装置２５により、ウエハ１４の厚みを測定する。その後、アライメントマーク認識装置２６により、ウエハ１４のアライメントマークの位置座標の認識を行う。
【００３５】
供給位置でアライメントマークの位置座標が認識された後、ウエハ１４が載置されたウエハ搬送ステージ１２は、搬送路１３に沿ってフラックス印刷部３へと移動し、所定の位置で停止する。ここでウエハ１４と印刷マスク１５のアライメントマークをマスク認識カメラ５０により、位置座標を認識し、ウエハ１４のアライメントマークと印刷マスク１５のアライメントマークの位置を一致させるように、ウエハ搬送ステージ１２を、搬送路１３のＸ軸駆動機構によりＸ軸方向、Ｙ軸駆動機構２８によりＹ軸方向、及びθ軸駆動機構２９によりθ軸方向で移動させて、位置決めをする。
【００３６】
位置決め終了後、ウエハ搬送ステージ１２は、ウエハ供給部２で測定されたウエハ１４の厚さに応じて、Ｚ軸駆動機構３０により上昇し、フラックス３８が準備された印刷マスク１５に対して所定の高さ位置で停止する。この状態で印刷マスク１５上のＹ軸方向一端部にフラックスが供給され、スキージを他端部に向けて移動することにより印刷マスク１５の貫通孔からウエハ１４の電極上にフラックスが印刷される。
【００３７】
フラックス印刷後、ウエハ搬送ステージ１２は、Ｚ軸駆動機構３０により下降し、搬送路１３によってボール搭載部４へ移動し、所定の位置で停止する。ここでもマスク認識カメラ５０によりボール配列マスク１９のアライメントマークを認識し、ウエハ１４のアライメントマークとボール配列マスク１９のアラインメントマークの位置を一致させるように、ウエハ搬送ステージ１２を、搬送路１３のＸ軸駆動機構によりＸ軸方向、Ｙ軸駆動機構２８及びθ軸駆動機構２９によりＹ軸方向、θ軸方向で移動させて、位置決めをする。その後、ウエハ搬送ステージ１２は、Ｚ軸駆動機構３０により、ウエハ供給部２で測定されたウエハ１４の厚さに応じて吸着ステージ２２を上昇させて、ボール配列マスク１９上面と吸着ステージ２２上のウエハ１４の上面との間に所定の隙間を残して停止する。
【００３８】
ボール配列マスク１９上を、ボールカップ２３が移動して、ボール配列マスク１９の貫通孔１８に半田ボール２１を落として、ウエハ１４上に半田ボール２１を搭載する。場合によっては、ボール落とし込み後に、ボール配列マスク１９をウエハ搬送ステージ１２に対して、水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に微動させることによって、貫通孔１８内の半田ボール２１の位置を補正する。
【００３９】
半田ボール搭載後、ウエハ搬送ステージ１２はＺ軸駆動機構３０により下降し、搬出用のウエハ受渡部５へ移動し、停止する。ウエハ収納部１０では、搬出用ロボット１１により、ウエハ１４をウエハ搬送ステージ１２からウエハ収納部１０のカセット３２に移載される。搬出用ロボット１１がウエハ搬送ステージ１２からウエハ１４を取り出したら、ウエハ搬送ステージ１２は元の位置であるウエハ供給部２に戻り、１工程を完了する。本装置は以上の動作を繰り返す。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施例にかかる半田ボール搭載装置の全体を示す概略平面図
【図２】ボール搭載部を示す側面説明図
【図３】ウエハ供給部の一部断面の側面説明図
【図４】ウエハ供給部の平面説明図
【図５】基準より薄いウエハでの半田ボール状態を示す説明図
【図６】基準より厚いウエハでの半田ボール状態を示す説明図
【符号の説明】
【００４１】
１．．．．．．半田ボール搭載装置
２．．．．．．ウエハ供給部
３．．．．．．フラックス印刷部
４．．．．．．ボール搭載部
５．．．．．．ウエハ受渡部
６．．．．．．ウエハ収容部
７．．．．．．一次アライメント部
８．．．．．．搬入用ロボット
１０．．．．．ウエハ収納部
１１．．．．．搬出用ロボット
１２．．．．．ウエハ搬送ステージ
１３．．．．．搬送路
１４．．．．．ウエハ
１５．．．．．印刷マスク
１６．．．．．フラックス供給装置
１７，３７．型枠
１８．．．．．貫通孔
１９．．．．．ボール配列マスク
２０．．．．．半田ボール供給装置
２１．．．．．半田ボール
２２．．．．．吸着ステージ
２３．．．．．ボールカップ
２４．．．．．反り矯正装置
２５．．．．．厚さ測定装置
２６．．．．．アライメントマーク認識装置
２７．．．．．円形押圧部材
２８．．．．．Ｙ軸駆動機構
２９．．．．．θ軸駆動機構
３０．．．．．Ｚ軸駆動機構
３１．．．．．フレーム
３２．．．．．カセット
３３．．．．．クリーニングユニット
３４．．．．．ガイド
３５．．．．．ガイドピン
３６．．．．．貫通孔形成領域
３８．．．．．フラックス
３９．．．．．ナット
４０．．．．．当接面
４１．．．．．ねじ軸
４２．．．．．支持面
５０．．．．．マスク認識カメラ
【図１】
0005273428.tif 000002
【図２】
0005273428.tif 000003
【図３】
0005273428.tif 000004
【図４】
0005273428.tif 000005
【図５】
0005273428.tif 000006
【図６】
0005273428.tif 000007