(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に入れられた複数の導電性ボールを吸引ヘッドを用いて吸引し、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置するようにした導電性ボールの吸引配列方法であって、
前記容器に振動を与えることにより前記導電性ボールを前記容器内で跳躍させ、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸着させる第１のステップと、
前記第１のステップよりも前記容器から前記吸着ヘッドを離間させるとともに、前記容器に与える振動を変化させて前記導電性ボールの跳躍高さを低くして前記容器内における前記導電性ボールの疎密状態を均一化する第２のステップとを有し、
前記第１のステップと、前記第２のステップを交互に繰り返すことにより、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸引させ、
その後、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置することを特徴とする導電性ボールの吸引配列方法。
【請求項２】
容器内に入れられた複数の導電性ボールを吸引ヘッドを用いて吸引し、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置するようにした導電性ボールの吸引配列方法であって、
前記容器に振動を与えることにより前記導電性ボールを前記容器内で跳躍させ、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸着させる第１のステップと、
前記第１のステップよりも前記導電性ボールの跳躍高さを低くして、前記容器内における前記導電性ボールの疎密状態を均一化する第２のステップとを有し、
前記第１のステップと、前記第２のステップを交互に繰り返すことにより、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸引させ、
その後、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置することを特徴とする導電性ボールの吸引配列方法。
【請求項３】
容器内に入れられた複数の導電性ボールを吸引ヘッドを用いて吸引し、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置するようにした導電性ボールの吸引配列装置であって、
前記容器に振動を与えることにより前記導電性ボールを前記容器内で跳躍させ、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸着させる吸着状態とし、
前記吸着状態の後、前記容器から前記吸着ヘッドを離間させるとともに、前記容器に与える振動を変化させて前記導電性ボールの跳躍高さを低くして前記容器内における前記導電性ボールの疎密状態を均一化する均一化状態とし、
前記吸着状態と前記均一化状態を交互に繰り返すことにより前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸引させ、
その後、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置することを特徴とする導電性ボールの吸引配列装置。
【請求項４】
容器内に入れられた複数の導電性ボールを吸引ヘッドを用いて吸引し、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置するようにした導電性ボールの吸引配列装置であって、
前記容器に振動を与えることにより前記導電性ボールを前記容器内で跳躍させ、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸着させる吸着状態とし、
前記吸着状態の後、前記容器に与える振動を変化させることにより前記導電性ボールの跳躍高さを低くして、前記容器内における前記導電性ボールの疎密状態を均一化する均一化状態とし、
前記吸着状態と前記均一化状態を交互に繰り返すことにより前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸引させ、
その後、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置することを特徴とする導電性ボールの吸引配列装置。
【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配列方法及び吸引配列装置に関し、特に、ボール吸着孔が複数個形成されている配列基板上に複数の微細ボールを一括保持して、プリント基板及び半導体チップ等の電子部品の電極上に一括配列させる方法及び装置に用いて好適なものである。
【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球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。このような微小金属ボールを用いたバンプ形成技術は、例えば、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基板を用い、上記ボール配列基板に微小金属球を吸着保持した後、上記ボール配列基板を接合用ステージまで搬送して被接合部に接合するようにしている。
【０００４】
従って、この場合は均一形状に形成された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、高い形状精度が得られるボールバンプを容易に、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非常に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金属ボールは、電極の配線ピッチの微細化に応じて非常に微細になってきている。
【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、工程の繰り返しが多くなり、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を配置することが行われている。
【０００７】
【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、吸着配列不良が発生し、吸引ヘッド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。
【０００８】
この問題の要因としては、第１に、半導体チップ１つ分のボールを吸着する場合と比較して吸引の風量が非常に大きくなることが挙げられる。風量が増大しても、容器内のボールの跳躍高さは半導体チップ１個分の吸着を行う場合と変わりがないため、吸引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、容器に入れられたボールが容器の中央近傍に集中したり、外部へ飛散してしまうことになり、吸引ヘッドの周辺部で吸着を良好に行うことができず、全ての吸引配列に時間がかかることとなっていた。特に、ウエハ１枚分に相当するボールの数は数十万個に及ぶ。そして、このような膨大な数のボールを一括して吸引しようとした場合、容器内の中央近傍に跳躍したボールが集中してしまい、吸引ヘッドの周辺部において十分に吸着を行うことができなかった。
【０００９】
また、風量の増大により、吸引ヘッドと容器との間でガスの乱れ（渦流）が発生し易くなり、容器内のボールが吸引ヘッドに吸着されにくくなることも要因となっていた。
【００１０】
更に、吸引ヘッドの面積が大きくなるため、容器の周辺から中心までの距離が長くなり、これにより吸着が不十分となっていた。また、周辺部の吸引を行うために吸引圧力を多くかけると、吸引風が増加して吸引したボールが変形するという問題も生じており、更に、吸引圧力を高めるためには吸引ポンプの容量を大きくする必要もあり、製造コストの上昇も避けることができなかった。
【００１１】
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、吸引ヘッドに導電性ボールを吸着して配列する際に、吸引ヘッドの中央近傍に容器内の導電性ボールが集中して吸引されてしまうことを抑止し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一括して導電性ボールを配置することのできる導電性ボールの吸引配列方法及び吸引配列装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の導電性ボールの吸引配列方法は、容器内に入れられた複数の導電性ボールを吸引ヘッドを用いて吸引し、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置するようにした導電性ボールの吸引配列方法であって、
前記容器に振動を与えることにより前記導電性ボールを前記容器内で跳躍させ、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸着させる第１のステップと、
前記第１のステップよりも前記容器から前記吸着ヘッドを離間させるとともに、前記容器に与える振動を変化させて前記導電性ボールの跳躍高さを低くして前記容器内における前記導電性ボールの疎密状態を均一化する第２のステップとを有し、
前記第１のステップと、前記第２のステップを交互に繰り返すことにより、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸引させ、
その後、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置することを特徴とする。
【００１３】
本発明の導電性ボールの吸引配列方法は、容器内に入れられた複数の導電性ボールを吸引ヘッドを用いて吸引し、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置するようにした導電性ボールの吸引配列方法であって、
前記容器に振動を与えることにより前記導電性ボールを前記容器内で跳躍させ、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸着させる第１のステップと、
前記第１のステップよりも前記導電性ボールの跳躍高さを低くして、前記容器内における前記導電性ボールの疎密状態を均一化する第２のステップとを有し、
前記第１のステップと、前記第２のステップを交互に繰り返すことにより、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸引させ、
その後、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の導電性ボールの吸引配列装置は、容器内に入れられた複数の導電性ボールを吸引ヘッドを用いて吸引し、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置するようにした導電性ボールの吸引配列装置であって、
前記容器に振動を与えることにより前記導電性ボールを前記容器内で跳躍させ、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸着させる吸着状態とし、
前記吸着状態の後、前記容器から前記吸着ヘッドを離間させるとともに、前記容器に与える振動を変化させて前記導電性ボールの跳躍高さを低くして前記容器内における前記導電性ボールの疎密状態を均一化する均一化状態とし、
前記吸着状態と前記均一化状態を交互に繰り返すことにより前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸引させ、
その後、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の導電性ボールの吸引配列装置は、容器内に入れられた複数の導電性ボールを吸引ヘッドを用いて吸引し、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置するようにした導電性ボールの吸引配列装置であって、
前記容器に振動を与えることにより前記導電性ボールを前記容器内で跳躍させ、前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸着させる吸着状態とし、
前記吸着状態の後、前記容器に与える振動を変化させることにより前記導電性ボールの跳躍高さを低くして、前記容器内における前記導電性ボールの疎密状態を均一化する均一化状態とし、
前記吸着状態と前記均一化状態を交互に繰り返すことにより前記吸引ヘッドに前記導電性ボールを吸引させ、
その後、前記導電性ボールを被配列対象物である複数の電極上に一括して配置することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る導電性ボール（ボール）の吸引配列装置及び吸引配列方法の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、吸引ヘッド１００に真空室３を設け、真空室３に減圧／加圧系統４及びリーク調整弁５を設けた吸引配列装置の一例を示している。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態のボール吸引配列装置は、吸引ヘッド１００と容器１０１とを有して構成されている。容器１０１内には、複数のボール１０２が入れられており、吸引ヘッド１００を用いて吸引することにより、容器１０１内のボール１０２を吸引ヘッド１００下部に保持された配列基板１に一括して吸着する。配列基板１は、ボール１０２を吸引する系とは別の吸引系で真空吸引されることにより、吸引ヘッド１００のヘッド本体２に保持されている。なお、ボール配列基板１は周辺を固定治具等でヘッド本体２に固定してもよく、接着等の方法によりヘッド本体２と一体に構成してもよい。配列基板１が薄板等で構成され、変形する可能性がある場合には、吸引ヘッド１００のヘッド本体２と配列基板１の間に、配列基板１の吸引孔１ａを完全にふさがない程度の開口部をもつ多孔質体７を設け、この多孔質体７の剛性を利用して配列基板１を支持することが望ましい。
【００２４】
ヘッド本体２には真空室３が形成されている。ヘッド本体２には、減圧／加圧系統４及びリーク調整弁５が接続されており、真空室３の圧力を所定の圧力に設定することが可能とされている。また、吸引ヘッド１００には不図示の上下移動機構が設けられており、容器１０１との距離を可変できるように構成されている。
【００２５】
一方、容器１０１の下部には振動印加手段６が装着されている。振動印加手段６は例えば超音波振動子等から成り、容器１０１に所定の振動を与え、図１（ａ）に示すように容器１０１内のボール１０２を跳躍させ、配列基板１へのボール１０２の吸引を促進する。
【００２６】
本実施形態のボール吸引装着装置は、２つのステップを交互に繰り返すことによりボール１０２を配列基板１に吸引するようにしている。第１のステップは、図１（ａ）に示すステップであり、吸引ヘッド１００と容器１０１の間の距離をボール１０２の跳躍高さＨ程度に設定する。すなわち、跳躍したボール１０２が配列基板１まで到達する程度の距離とする。このように、跳躍ボールが配列基板１に到達するように吸引ヘッド１００の配列基板１と容器１０１との距離を設定することにより、跳躍したボール１０２を配列基板１の吸引孔１ａに確実に吸引することができる。また、図面上では配列基板１及び吸引ヘッド１００の横幅が容器１０１の外径より小さく描かれているが、同サイズでも大きくても良い。特に第１のステップでは、吸引ヘッド１００の横幅が容器１０１の外径より大きい場合、吸引によって容器１０１が配列基板１に張り付くことがある。従って、第１のステップでは、容器１０１の縁が配列基板１に接触しないことが必要であり、容器１０１の縁と配列基板１との距離を確保することにより、吸引による横風が容器１０１と配列基板１との間に流れる。真空室３の減圧は、減圧／加圧系統４及びリーク調整弁５によって行い、容器１０１内で跳躍したボール１０２を配列基板１の吸引孔１ａに吸着させることができる。
【００２７】
第１のステップでは、真空室３の減圧により生じた横風によってボール１０２は容器１０１の中央近傍に集まっているため、容器１０１内で跳躍したボール１０２のうち、主として容器１０１の中央の領域に集まっているボール１０２が配列基板１の中央部に先ず吸着される。
【００２８】
第１のステップによって配列基板１の中央近傍にボール１０２を吸着した後、第２のステップへ移行する。第２のステップは、図１（ｂ）に示すように、配列基板１へのボール１０２の吸着を停止し、振動印加手段６により容器１０１へ与える振動を第１のステップよりも低減させて、容器１０１の中央近傍に集中したボール１０２を容器１０１の周辺部へ分散させるステップである。この第２のステップにより、ボール１０２の粗密状態が均等な状態に戻される。
【００２９】
第２のステップにおいては、配列基板１への吸着は行わないため、吸引ヘッド１００と容器１０１との距離を第１のステップよりも大きくする。そして、振動印加手段６により容器１０１へ与える振動も第１のステップよりも振幅、若しくは周波数を変化させることにより、ボール１０２の跳躍高さを低減させる。この際、容器１０１に与える振動は、跳躍高さがボール１０２の直径よりも高く、且つボール１０２が容器１０１の縁から飛び出さない程度の振動とする。このように、振動印加手段６による振動の振幅あるいは周波数を変更し、振動を引き続き与えることで容器１０１内の中央に集まったボール１０２を容器１０１の周辺部へ分散させることができる。
【００３０】
これにより、第１のステップで横風の影響によって容器１０１の中央近傍に集中していたボール１０２は、容器１０１内で周辺部に向かって拡散し、容器１０１内の全域におけるボール１０２の粗密状態を略均等に保つことが可能となる。
【００３１】
第２のステップでボール１０２の粗密状態を均等にした後、再び第１のステップを行うことにより、最初の第１のステップでボール１０２が吸引されなかった配列基板１の周辺部への吸引を行う。この際、配列基板１の中央部にはボール１０２が既に吸着されているため、再び第１のステップを行った際には、容器１０１の中央に向かう横風は最初の第１のステップと比べると少ない。従って、容器１０１の中央近傍へのボール１０２の集中は少なくなり、配列基板１の周辺部へのボール吸着を効率良く行うことができる。
【００３２】
このようにして、第１のステップと第２のステップを交互に繰り返すことにより、配列基板１の周辺へのボール１０２の吸引を行うことができ、配列基板１の全ての吸引孔１ａにボール１０２が吸着された時点で第１及び第２のステップの繰り返しを停止する。
【００３３】
なお、第１のステップにおいては、配列基板１と容器１０１の底面との距離が配列基板１のボール吸着エリア幅の１／４以下とすることが好適である。また、第２のステップでは、容器１０１の底面と配列基板１との距離を少なくとも第１のステップにおけるボール１０２の跳躍高さ以上の距離とすれば良く、具体的には、第１のステップの配列基板１と容器２の底面との距離の１．２倍以上とすることが望ましい。また、第１のステップと第２のステップにおける配列基板１と容器２の底面との距離を変えずに、第２のステップでボールの跳躍高さを低くしてボールの粗密状態を均一化するようにしても良い。更に、第２のステップにおいて、ボールの跳躍高さを変えずに配列基板１と容器２の底面との距離を変えて、跳躍したボールが配列基板１に届かないようにして容器２内のボールの粗密状態を均一化するようにしてもよい。
【００３４】
以上説明したように本実施形態によれば、吸引ヘッド１００を容器１０１に近接させた第１のステップではボール跳躍高さを高くして配列基板１に到達するボール効率を上げて配列基板１への吸着を行い、吸引ヘッド１００を容器１０１から十分に離間させた第２のステップでは、ボール跳躍高さを低くすることによって、ガス流による影響を抑えて容器１０１の中央に集中したボール１０２の粗密状態を均一化することが可能となる。従って、特に３００ｍｍ径ウエハ等の大面積のウエハに形成された複数の半導体チップの電極上に一括してボール１０２を配置する場合であっても、吸引風量の増大により容器１０１内のボール１０２が容器１０１の中央近傍に集中することを抑止することができる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、ボール吸着動作で配列ヘッド１００を上下に振幅する際、ヘッド上下動とボール跳躍高さを同期させることにより、配列基板１の周辺部においても効率的なボール吸着を行うことが可能となる。そして、第２のステップにおいて跳躍高さを低くすることで、ボールトレーからの飛散を抑えることができ、容器内でのボール１０２の粗密状態を均等にすることが可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、吸引ヘッドに導電性ボールを吸着して配列する際に、吸引ヘッドの中央近傍に容器内の導電性ボールが集中して吸引されてしまうことを抑止することができる。従って、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一括して導電性ボールを配置することが可能となる。また、本発明はウエハのみならず、プリント基板等に導電性ボールを配置する場合にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るボール吸引配列装置の構成及び吸引装着方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１  配列基板
２  ヘッド本体
３  真空室
４  減圧／加圧系統
５  リーク調整弁
６  振動印加手段
７  多孔質体
１００  吸引ヘッド
１０１  容器
１０２  ボール
【図１】
0004439708.tif 000002