(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性ボールを配列板に吸引配列した後、そのボールを接合すべき接合対象物の電極に対して前記導電性ボールを一括で転写接合するボール配列転写装置であって、
前記配列板の背面に通気性材料を有し、この通気性材料を介して前記配列板にて吸引配列するとともに、
前記通気性材料の後面に１以上の遮蔽板を有し、この遮蔽板を上下させることにより、前記導電性ボールを吸引配列するための吸引面を２以上の領域に分割して吸引可能とし、
前記導電性ボールを前記吸引面の各領域に順次吸引させることを特徴とする導電性ボールの配列転写装置。
【請求項２】
前記通気性材料の中心部を遮蔽する中心部遮蔽板と、前記通気性材料の外周部を遮蔽する外周部遮蔽板とを備え、
分割吸引面の外周部または中心部から段階的に吸引することを特徴とする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転写装置。
【請求項３】
圧力センサと圧力調整弁とを設け、吸引圧力を制御するようにした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転写装置。
【請求項４】
分割吸引面が円形もしくは多角形で分割されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性ボールの配列転写装置。
【請求項５】
導電性ボールを配列板に吸引配列した後、そのボールを接合すべき接合対象物の電極に対して前記導電性ボールを一括で転写接合するボール配列転写方法であって、
前記配列板の背面に設けた通気性材料を介して、前記配列板にて吸引配列するとともに、
前記通気性材料の後面に１以上の遮蔽板を有し、この遮蔽板を上下させることにより、前記導電性ボールを吸引配列するための吸引面を２以上の領域に分割し、前記導電性ボールを該吸引面の各領域に順次吸引させることを特徴とする導電性ボールの配列転写方法。
【請求項６】
分割吸引面の外周部または中心部から段階的に吸引することを特徴とすることを特徴とする請求項５に記載の導電性ボールの配列転写方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細な導電性ボールを配列基板上に一括保持して、プリント基板あるいはチップ等の電子部品の電極上に一括配列させる装置および方法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、特開平７−１５３７６５号公報に記載されている。
【０００３】
上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基板を用いる。このボール配列基板に微小金属球を吸着保持した後、該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】
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バ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。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。
【０００５】
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。
【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。
【０００７】
この問題の要因としては、いくつかの要因が挙げられる。第１に半導体チップ１つ分の導電性ボールを吸着する場合と比較して、吸引の風量が極めて大きくなることがある。風量が増大しても、ボール容器内の導電性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る。容器に入れられた導電性ボールが容器の中央近傍に集中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難しく、吸引配列に時間がかかる。特に電極面に配置する導電性ボールの数は数十万個に及ぶため、一括して吸引しようとした場合、ボールが溜められている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。
【０００８】
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、容器内の導電性ボールが吸引ヘッドに吸着され難くなることも要因となっていた。
【０００９】
さらに、吸引ヘッドの面積が大きくなるため、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いた。
また、吸引ヘッドの面積が大きくなるため、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。
【００１０】
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配列転写装置および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】
本発明による導電性ボールの配列転写装置は、導電性ボールを配列板に吸引配列した後、そのボールを接合すべき接合対象物の電極に対して前記導電性ボールを一括で転写接合するボール配列転写装置であって、前記配列板の背面に通気性材料を有し、この通気性材料を介して前記配列板にて吸引配列するとともに、前記通気性材料の後面に１以上の遮蔽板を有し、この遮蔽板を上下させることにより、前記導電性ボールを吸引配列するための吸引面を２以上の領域に分割して吸引可能とし、前記導電性ボールを前記吸引面の各領域に順次吸引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転写装置において、前記通気性材料の中心部を遮蔽する中心部遮蔽板と、前記通気性材料の外周部を遮蔽する外周部遮蔽板とを備え、分割吸引面の外周部または中心部から段階的に吸引することを特徴とすることを特徴とする。
また、本発明の導電性ボールの配列転写装置において、圧力センサと圧力調整弁とを設け、吸引圧力を制御するようにしたことを特徴とする。
また、本発明の導電性ボールの配列転写装置において、分割吸引面が円形もしくは多角形で分割されることを特徴とする。
【００１３】
本発明による導電性ボールの配列転写方法は、導電性ボールを配列板に吸引配列した後、そのボールを接合すべき接合対象物の電極に対して前記導電性ボールを一括で転写接合するボール配列転写方法であって、前記配列板の背面に設けた通気性材料を介して、前記配列板にて吸引配列するとともに、前記通気性材料の後面に１以上の遮蔽板を有し、この遮蔽板を上下させることにより、前記導電性ボールを吸引配列するための吸引面を２以上の領域に分割し、前記導電性ボールを該吸引面の各領域に順次吸引させることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の導電性ボールの転写配列方法において、分割吸引面の外周部または中心部から段階的に吸引することを特徴とすることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、配列基板の吸引面を複数の領域に分割し、各吸引面の吸引を独立して制御できるようにし、順次吸引を行うことにより、配列基板の周囲から中心に向かって、あるいは中心から周囲に向かって順次に導電性ボールの吸引を行うことができる。したがって、大径ウエハの電極に配列される導電性ボールを一度に吸引した場合であっても、適正かつ確実に配列することができる。
【００１６】
【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転写配列装置および方法の好適な実施の形態を説明する。
図１は、本発明装置の要部構成例を示している。本実施形態のボール転写配列装置は、導電性ボールの転写配列ヘッド１０（以下、単にヘッドという）とボール容器１００を有している。ボール容器１００内には、複数の導電性ボール１０１が入れられており、ヘッド１０を用いて吸引することにより、ボール１０１（以下、単にボールという）をヘッド１０の下部に一括して吸着するようになっている。
【００１７】
図１において、１１はヘッド本体、１２は多数の吸引孔１２ａを有する配列基板、１３は配列基板１２の背面に配置された通気性材料、１４〜１６は通気性材料１３の後面に配置された遮蔽板である。配列基板１２は、導電性ボール１０１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、ヘッド１０のヘッド本体１１に保持される。なお、配列基板１２は接着等の方法によりヘッド本体１１と一体に構成してもよい。
【００１８】
ヘッド本体１１内には配列基板１２の内側に真空室が形成されている。この例では３つの遮蔽板１４〜１６、すなわち中央部の円形遮蔽板１４、その外側のリングもしくはドーナッツ状の遮蔽板1５および１６を有する（図３参照）。各遮蔽板１４〜１６はそれぞれ、昇降装置１７〜１９よって上下動可能に支持されている。真空室はバキューム装置２０によって真空吸引されるようになっており、また適所にリークバルブ２１が接続されている。この圧力調整弁に加えて、ヘッド本体１１内の圧力を検出する圧力センサ２２を有し、これらにより吸引圧力を適宜制御し得るようになっている。
【００１９】
このように遮蔽板１４〜１６を設けることにより、配列基板１２の吸引面は、３つの領域、すなわち吸引面Ｓ1〜Ｓ3に分割されるとともに、これに対応して真空室も実質的に３つの真空室Ａ1〜Ａ3に分割される。各真空室Ａ1〜Ａ3において各遮蔽板１４〜１６を昇降装置１７〜１９よって上下動させることにより、各吸引面Ｓ1〜Ｓ3を別個独立して吸引可能にし、配列基板１２の周囲から中心に向かって、あるいは中心から周囲に向かって順次にボール１０１の吸引を行うことができる。
【００２０】
半径２００ｍｍウエハ等の大径ウエハに形成された複数の半導体チップの電極に一括して導電性ボール１０１を配置する場合には、たとえば２０００ｌ／ｍｉｎ程度の流量の吸引を行う必要がある。配列基板１２と容器１００との間の風量が非常に大きくなり、特に配列基板１２の周辺領域での吸着が不十分となるが、分割吸引を行うことにより１つの吸引面で吸引する際の風量を低減させることができ、容器１００の中央近傍に導電性ボール１０１が集中してしまうことを抑止して配列基板１２における吸着効率を向上させることができる。
【００２１】
配列基板１２の背面（上側）は通気性材料１３によって覆われている。そして、遮蔽板１４〜１６の下面は直接配列基板１２とは接触しておらず、遮蔽板１４〜１６と配列基板１２との間には通気性材料１３が介在している。通気性材料１３は、たとえば多孔質の材料から構成されており、所定の通気性が保たれた材料である。
【００２２】
たとえば、図２に示すように隣接する遮蔽板１５，１６の一方を通気性材料１３に接触させ、他方の遮蔽板１５を上昇させることで通気性材料１３から放すと、吸引面Ｓ3は実質的に閉鎖されるとともに、吸引面Ｓ2は吸引可能になる。この場合、吸引面Ｓ2の上側には通気性材料１３が配置されているため、吸引面Ｓ2の領域における吸引力を均一化することができる。
【００２３】
通気性材料１３としては、通気性を有する材料で、かつ吸引、転写に対する材料強度を有する材料であれば種々の材料を用いることができるが、特に多孔質のポーラスメタルや、ハニカムまたは多孔質板の表面にメッシュ（金網）を付したもの、あるいは布等の織物、スポンジ等の材料を使用することができる。特に、通気性材料１３として多孔質板の表面にメッシュを用いた場合には、遮蔽板仕１４〜１６と配列基板１２の間隔を精度良く保つことができるというメリットがあり、また、通気性材料１３としてのメッシュは遮蔽板１４〜１６と配列基板１２の双方に点接触で接するため、通気性を良好に保つことが可能となる。
【００２４】
ここで、本発明においては分割吸引面Ｓ1〜Ｓ3とその外周部下方に設定された吸入口との面積比が、各分割吸引面間で所定量以上変動しないようにし、各吸引面Ｓ1〜Ｓ3で吸引した際に配列基板１２と容器１００との間に生じる横風により容器１００の中央近傍に導電性ボール１０１が集中することを抑止するようにしている。
【００２５】
なお、本実施形態においては、配列基板１２の吸引面を図３に示すように同心円状に３分割する例を説明したが、4分割またはそれ以上で分割してもよい。また形状についても、多角形状あるいはブロック状に分割するようにしてもよい。
【００２６】
以上説明したように本実施形態によれば、配列基板１２の吸引面を３つの領域に分割し、吸引面Ｓ1〜Ｓ3の吸引を独立して制御できるようにしたため、吸引面Ｓ1〜Ｓ3で順次吸引を行うことにより、配列基板１の周囲から中心に向かって、あるいは中心から周囲に向かって順次に導電性ボール１０１の吸引を行うことができる。したがって、半径２００ｍｍウエハ等の大径ウエハの電極に配列される導電性ボール１０１を一度に吸引した場合であっても、吸引の風量によって導電性ボール１０１が容器１００の中央近傍に集中したり、あるいは配列基板１２と容器１００との間で渦流が生じて、配列基板１２に対する吸引が不十分になることを抑止することができる。
【００２７】
また、配列基板１２と遮蔽板１４〜１６の間に通気性材料１３を介在させるようにしたため、各吸引面Ｓ1〜Ｓ3の吸引孔１２ａにて均一かつ確実に導電性ボール１０１を吸引配列することができる。
さらに、配列基板１２と容器１００との間における流速を各吸引面Ｓ1〜Ｓ3毎に略均等となるように吸引面Ｓ1〜Ｓ3の面積を設定したため、配列基板１２の各領域に均等に導電性ボール１０１を吸引することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、配列板に導電性ボールを配列する際に、配列板の中央近傍に容器内の導電性ボールが集中してしまうことを抑止することができる。従って、吸着の効率を向上させることができ、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を可能とした導電性ボールの吸引配列装置及び吸引配列方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるボール転写配列装置の要部面構成を示す図である。
【図２】図１のＰ部拡大図である。
【図３】本発明に係る遮蔽板まわりを示す平面図である。
【符号の説明】
１０    転写配列ヘッド
１１    ヘッド本体
１２    配列基板
１３    通気性材料
１４〜１６    遮蔽板
１７〜１９    昇降装置
２０    バキューム装置
２１    リークバルブ
１００    容器
１０１    導電性ボール
【図１】
0004472194.tif 000002
【図２】
0004472194.tif 000003
【図３】
0004472194.tif 000004