(57)【要約】【課題】ボール配列板に精度よく導電性ボールを吸着させることができると共に、導電性ボールを吸着させる時間を短縮させ歩留の向上を図る。【解決手段】ボール収容容器１５内にある導電性ボール２を減圧発生部３２によりボール配列板２６に吸着させて配列した後、導電性ボール２をウエハＷに一括で搭載する導電性ボール搭載装置１であって、ボール配列板２６と減圧発生部３２との間に設置され導電性ボール２をボール配列板２６に吸着させる前に予め減圧される減圧室３５と、減圧室３５とボール配列板２６との間に設置され減圧室３５とボール配列板２６との間の流路を開閉するバルブ３３とを有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボール収容容器内にある導電性ボールを減圧発生部によりボール配列板に吸着させて配列した後、前記導電性ボールを搭載すべき搭載対象物に一括で搭載する導電性ボール搭載装置であって、
前記ボール配列板と前記減圧発生部との間に設置され前記導電性ボールを前記ボール配列板に吸着させる前に予め減圧される減圧室と、
前記減圧室と前記ボール配列板との間に設置され前記減圧室と前記ボール配列板との間の流路を開閉するバルブとを有することを特徴とする導電性ボール搭載装置。
【請求項２】
前記減圧室内の圧力を検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部により検出された圧力に応じて前記バルブの開閉を制御する制御部とを更に有することを特徴とする請求項１に記載の導電性ボール搭載装置。
【請求項３】
前記減圧室の容量が、前記導電性ボールの吸着時に前記ボール配列板と前記ボール収容容器とが近接した状態における、前記ボール配列板のボール配列エリアを底面とし、前記ボール配列板の表面から前記ボール収容容器の底部までの距離を高さとした空間の体積以上であ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搭載装置。
【請求項４】
前記ボール収容容器の底部のうち、前記導電性ボールの吸着時に前記ボール配列板のボール配列エリアに対向する少なくとも一部が、通気性材であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の導電性ボール搭載装置。
【請求項５】
前記導電性ボールの吸着時に、前記ボール配列板と前記ボール収容容器との間に形成される空間が、前記ボール収容容器の底部の通気性材を除いて密閉されることを特徴とする請求項４に記載の導電性ボール搭載装置。
【請求項６】
前記減圧室と前記ボール配列板との間に設置されるバルブを第１バルブとすると、
前記減圧室と前記減圧発生部との間に設置され前記減圧室と前記減圧発生部との間の流路を開閉する第２バルブと、
前記第１バルブと前記第２バルブとの間にバイパス通路とを更に有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の導電性ボール搭載装置。
【請求項７】
前記導電性ボールを吸着させる前に前記ボール収容容器内にある導電性ボールの量を計測するボール量計測部と、
前記ボール量計測部による計測結果に応じて前記ボール収容容器に導電性ボールを供給するボール供給部と、を更に有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の導電性ボール搭載装置。
【請求項８】
ボール収容容器内にある導電性ボールを減圧発生部によりボール配列板に吸着させて配列した後、前記導電性ボールを搭載すべき搭載対象物に一括で搭載する導電性ボール搭載方法であって、
前記ボール配列板と前記減圧発生部との間に設置された減圧室を前記導電性ボールが前記ボール配列板に吸着される前に予め減圧する工程と、
前記減圧室と前記ボール配列板との間の流路を開いて前記減圧室を介して前記導電性ボールを前記ボール配列板に吸着させる工程とを有することを特徴とする導電性ボール搭載方法。
【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および導電性ボール搭載方法に関するものである。特に、複数の導電性ボールをボール配列板に配列させた後、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に一括で搭載する場合に用いられて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、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、例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献１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被接合部に接合するようにしている。この方法によれば、均一に形成された金属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。
【０００４】
最近では、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、半導体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数も増加している。例えば、チップサイズ５．０２ｍｍ×５．０２ｍｍ内に、２００μｍピッチで２２×２２列の電極を配置したチップを、８インチウエハに８３２チップ配置したものでは、総電極数は４０万個を超える場合がある。
【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、ウエハ上の複数の半導体チップに相当する全ての電極上に導電性ボールを搭載することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１５３７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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導電性ボールを搭載しようとする場合、ボール吸着工程においてボール配列板の外周部では導電性ボールが吸着できない吸着不良が発生し、中央部では過剰に導電性ボールが吸着されるといった問題が生じていた。
【０００８】
図１１は、一般的な導電性ボールのボール吸着工程を説明するための図である。
配列ヘッド５１は図示しない減圧発生源が繋がれ、減圧発生源によって空間５２内が減圧される。配列ヘッド５１は、ボール配列板５５を支持する配列板支持部５４を有している。配列板支持部５４には、上下に沿って複数の貫通孔５３が形成される。ボール配列板５５には、貫通孔５３に対応する吸着孔５６が形成されている。したがって、各吸着孔５６は、貫通孔５３を介して空間５２に連通している。
【０００９】
ボール配列板５５と対向する位置には、ボール収容容器５９が配置される。ボール収容容器５９には、ボール配列板５５に吸着させるための複数の導電性ボール５７が収容される。導電性ボール５７をボール配列板５５に吸着させ配列する場合、配列ヘッド５１をボール収容容器５９に近接させると共に、ボール収容容器５９を振動させて、ボール収容容器５９内の導電性ボール５７を跳躍させる。この状態から、減圧発生源によって空間５２内を減圧することで、跳躍する導電性ボール５７がボール配列板５５の吸着孔５６に吸着され、ボール配列板５５に配列される。
【００１０】
本発明者らは、ボール吸着工程を詳細に解析した結果、ボール配列板５５の外周部で導電性ボール５７が吸着できない吸着不良や、ボール配列板５５の中央部で過剰に導電性ボール５７が吸着される問題は、以下のようなことが要因であることを見出した。
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、複数の半導体チップ分の導電性ボールを吸着することで、吸着面積が大きくなると共に吸着孔５６の数が増加する。したがって、空間５２内を減圧するときに発生する風量が極めて大きくなる。また、ボール収容容器５９とボール配列板５５と間の空間が狭く、風量が大きくなるにつれて、配列ヘッド５１とボール収容容器５９との間に流れ込む横風の速度は非常に大きくなってしまう。
【００１１】
第２に、風量が大きくなると、配列ヘッド５１とボール収容容器５９との間でガスの乱れ（渦流）が発生し易くなる。この渦流によってボール収容容器５９上のボール群に粗密が発生し、粗の部分では導電性ボール５７の存在率が低いため、導電性ボール５７が吸着し難い。
【００１２】
第３に、配列ヘッド５１とボール収容容器５９との間から流入するガス流（図１１に示す矢印を参照）により導電性ボール５７がボール収容容器５９の中央部に集中し、ボール配列板５５の中央部の吸着孔５６には過剰な導電性ボール５７が付着してしまう。
【００１３】
このようにボール吸着工程では、ボール配列板の外周部や中央部で吸着を良好に行なうことが難しく、導電性ボールが良好に吸着されるまで時間を要していた。
本発明は、上述したような問題を解決するために成されたものであり、ボール配列板に精度よく導電性ボールを吸着させることができると共に、導電性ボールを吸着させる時間を短縮させ歩留の向上を図ることができる導電性ボール搭載装置および導電性ボール搭載方法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】
【００１４】
本発明は、ボール収容容器内にある導電性ボールを減圧発生部によりボール配列板に吸着させて配列した後、前記導電性ボールを搭載すべき搭載対象物に一括で搭載する導電性ボール搭載装置であって、前記ボール配列板と前記減圧発生部との間に設置され前記導電性ボールを前記ボール配列板に吸着させる前に予め減圧される減圧室と、前記減圧室と前記ボール配列板との間に設置され前記減圧室と前記ボール配列板との間の流路を開閉するバルブとを有することを特徴とする。
また、本発明は、ボール収容容器内にある導電性ボールを減圧発生部によりボール配列板に吸着させて配列した後、前記導電性ボールを搭載すべき搭載対象物に一括で搭載する導電性ボール搭載方法であって、前記ボール配列板と前記減圧発生部との間に設置された減圧室を前記導電性ボールが前記ボール配列板に吸着される前に予め減圧する工程と、前記減圧室と前記配列板との間の流路を開いて前記減圧室を介して前記導電性ボールを前記ボール配列板に吸着させる工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ボール配列板に精度よく導電性ボールを吸着させることができると共に、導電性ボールを吸着させる時間を短縮させ歩留の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】導電性ボール搭載装置の概略構成を示す図である。
【図２】ウエハＷを示す平面図である。
【図３】ボール収容装置の構成を示す図である。
【図４】導電性ボール搭載装置の一連の処理を示すフローチャートである。
【図５】第１の実施形態のボール吸着工程を説明するための図である。
【図６】第１の実施形態のバルブを切り換えるタイミングチャートである。
【図７Ａ】ボール吸着工程におけるボール配列板の吸着位置の一例を示す図である。
【図７Ｂ】ボール吸着工程におけるボール配列板の吸着位置の一例を示す図である。
【図８】ボール供給のタイミングチャートである。
【図９】第２の実施形態のボール吸着工程を説明するための図である。
【図１０】第２の実施形態のバルブを切り換えるタイミングチャートである。
【図１１】従来の導電性ボール搭載装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、添付図面を参照しながら本発明の導電性ボール搭載装置の実施形態について説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る導電性ボール搭載装置の概略構成を示す図である。導電性ボール搭載装置１は、例えば８インチのウエハＷでは数十万個の導電性ボールを搭載する。本実施形態の導電性ボール搭載装置１は、このように大量の導電性ボールを一括でウエハＷに搭載する。
【００１９】
本実施形態では、導電性ボール２として例えば微細な半田ボールが用いられている。なお、導電性ボール２は、半田ボールのような導電性の低融点材料に限定されるものではなく、電気伝導性を有すればよく、ＡｕやＡｕ合金、ＳｎやＳｎ合金、ＡｇやＡｇ合金、ＣｕやＣｕ合金等を用いてもよく、他の高融点材料を用いてもよい。
【００２０】
また、本実施形態では、導電性ボール２を搭載すべき搭載対象物として４インチ以上のウエハＷを対象とするが、他に小片チップやＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）基板等のプリント配線基板であってもよく、セラミックス基板であってもよい。図２は、ウエハＷを示す平面図である。ウエハＷは、複数の半導体チップＣ（図２に示す複数の正方形部分）を得ることができ、全ての半導体チップＣの電極部に一括して導電性ボール２が搭載される。
【００２１】
導電性ボール搭載装置１は、導電性ボール２を大量に収容するボール収容装置３と、導電性ボール２を吸着して保持する配列ヘッド４と、配列ヘッド４をＸ軸方向（図１中の左右方向）に移動させるＸ軸移動装置５と、配列ヘッド４をＺ軸方向（図１中の上下方向）に移動させるＺ軸移動装置６と、ボール除去装置７と、配列検査装置８と、ウエハＷが載置される搭載ステージ９と、導電性ボール搭載装置１全体を制御する制御部（後述する図５を参照）とを有している。
【００２２】
ボール収容装置３は、常に所定量の導電性ボール２を収容し、収容した導電性ボール２を配列ヘッド４に供給する。図３は、ボール収容装置３の構成を示す図である。ボール収容装置３は、大量の導電性ボール２を収容するボール収容容器１５、ボール収容容器１５を振動させてボール収容容器１５内で導電性ボール２を跳躍させる加振機１６、ボール収容容器１５に収容されているボール量を測定するボール量計測部１７、ボール収容容器１５に導電性ボール２を供給するボール供給部２０を有している。
【００２３】
ボール収容容器１５は、側部１５ａと底部１５ｂとを有している。加振機１６は、振動することで、ボール収容容器１５を振動させ、ボール収容容器１５内の導電性ボール２を均一に分散させることができる。また、ボール収容容器１５が振動することで、導電性ボール２を跳躍させ浮遊させる状態にでき、配列ヘッド４への吸着を効率的に行うことができる。なお、ボール収容容器１５の振動数は、１０〜５０ｋＨｚ程度が好ましい。また、ボール収容容器１５の底部１５ｂは、全面のうち少なくとも一部が例えばメッシュ状の通気性材で形成されていて、ボール収容容器１５内と外部との間は底部１５ｂを介して通気できる。
【００２４】
ボール量計測部１７は、ボール収容容器１５の側部１５ａに設置されている。ボール量計測部１７は、それぞれ対向する位置に配置された発光部１８と受光部１９とを有するレーザセンサ等を用いることができる。跳躍している導電性ボール２の量が多い場合、受光部１９の受光量が減少し、跳躍している導電性ボール２の量が少ない場合、受光部１９の受光量が増大する。したがって、ボール量計測部１７は、発光部１８から跳躍している導電性ボール２に対して発光し、受光部１９が受光する量に基づいて、ボール収容容器１５に収容されている導電性ボール２のボール量を測定する。
【００２５】
ボール供給部２０は、ボール収容容器１５内に所定量の導電性ボール２を収容させるために、ボール量計測部１７によって測定されたボール量に基づいて導電性ボール２をボール収容容器１５に供給する。ボール供給部２０は、ボールストック部２１、供給管２２を有している。
ボールストック部２１には、大量の導電性ボール２が貯留されている。ボールストック部２１は、内部に窒素やアルゴン等の不活性ガスが充填されることで、供給管２２を介してボール収容容器１５に導電性ボール２を供給する。また、不活性ガスの充填を停止することで、ボール収容容器１５への導電性ボール２の供給が停止する。供給管２２は、伸縮可能であり、導電性ボール２を供給する場合に伸び、供給しない場合に縮むように動作する。なお、供給管２２は、ボールストック部２１から斜め上方に傾斜している部分があるため、導電性ボール２がボールストック部２１から自重でボール収容容器１５に落下することが防止される。
【００２６】
図１に戻り、Ｘ軸移動装置５およびＺ軸移動装置６は、ボール収容装置３と搭載ステージ９との間で、配列ヘッド４を相対的に移動させる。Ｘ軸移動装置５およびＺ軸移動装置６による配列ヘッド４の移動は、ボール収容装置３への移動、ボール吸着のための上下移動、ボール除去装置７への移動、配列検査装置８への移動、搭載ステージ９への移動、ボール搭載のための上下移動等がある。
【００２７】
ボール除去装置７は、配列ヘッド４に配列された配列不良の導電性ボール２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４を後述する振動発生源によって振動を加えることで、より効果的に除去することができる。
配列検査装置８は、ボール収容装置３で配列ヘッド４に配列された導電性ボール２の配列不良を検査する。配列検査装置８には、例えばカメラが用いられる。
【００２８】
搭載ステージ９は、Ｙ軸方向（図１の紙面直交方向）およびθ軸方向（回転方向）に移動可能に構成されており、ボール搭載の際の位置合わせに用いられる。また、搭載ステージ９は、ウエハＷを固定した状態でＹ軸方向に沿って移動し、ボール搭載が行われる位置で待機する。
【００２９】
図４は、上述したように構成される導電性ボール搭載装置１の一連の処理を示すフローチャートである。この処理は、制御部１３がメモリ等に記録するプログラムに基づき、導電性ボール搭載装置１全体を制御することで実現する。
まず、ステップＳ１のボール吸着工程では、配列ヘッド４がボール収容装置３から導電性ボール２を吸着する。このボール吸着工程の詳細は、後述する。
【００３０】
ステップＳ２の余剰ボール除去工程では、ボール除去装置７が、配列ヘッド４に余剰に吸着された導電性ボール２を除去する。
ステップＳ３の配列検査工程では、配列検査装置８が、配列ヘッド４に吸着された導電性ボール２の配列状態を全域に亘って検査する。配列検査装置８が検査した結果、配列状態が不良である場合、再びステップＳ２の余剰ボール除去工程やステップＳ１のボール吸着工程を行うことができる。
【００３１】
ステップＳ４の搭載位置確認工程では、Ｘ軸移動装置５、Ｚ軸移動装置６および搭載ステージ９が、ウエハＷの電極上に精度よく導電性ボール２を搭載するために、配列ヘッド４とウエハＷとを正確に位置合わせする。
ステップＳ５のボール搭載工程では、配列ヘッド４が下降し、フラックスが塗布されたウエハＷの電極上に導電性ボール２を一括して搭載する。
【００３２】
ステップＳ６の付着ボール除去工程では、配列ヘッド４に導電性ボール２が残存し付着したままの場合があるために、ボール除去装置７が配列ヘッド４に付着した導電性ボール２を除去する。ステップＳ６の付着ボール除去工程が終了することで、導電性ボール搭載の一連の処理が終了する。
導電性ボール搭載装置１では、再びステップＳ１〜ステップＳ６までの処理を行い、次のウエハＷに対して導電性ボール２を搭載する処理を繰り返して行う。
【００３３】
次に、上述したステップＳ１のボール吸着工程について図５を参照して説明する。本実施形態のボール吸着工程では、配列ヘッド４に導電性ボール２を精度よく吸着させることができ、その時間を短縮させることができる。
図５に示すように、配列ヘッド４には、内部に空間２５が形成され、空間２５の下方にボール配列板２６を支持する配列板支持部２７を備えている。配列板支持部２７には、上下に沿って複数の貫通孔２８が形成される。ボール配列板２６には、貫通孔２８に対応する吸着孔２９が形成される。したがって、各吸着孔２９は、貫通孔２８を介して空間２５に連通している。なお、吸着孔２９と貫通孔２８とは連通する場合に限られず、ボール配列板２６と配列板指示部２７との間に多孔質体やメッシュ等を介在させて、吸着孔２９と貫通孔２８との間の通気性を確保してもよい。また、配列板支持部２７は、配列板押え治具３０（図５に示す二点鎖線を参照）を介してボール配列板２６を結合してもよい。
【００３４】
また、配列ヘッド４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ることができる。振動発生源が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、吸着孔２９の周辺や吸着孔２９以外の部分に付着する余剰の導電性ボール２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。なお、振動時間、振幅、周波数、印加タイミングは任意に設定できることができる。振動発生源を設置する位置は、ボール配列板２６に振動を伝達できる位置であればよい。例えば振動発生源は、ボール配列板２６に近い位置であることが好ましく、配列ヘッド４の壁面や配列板押え治具３０、ボール配列板２６に直接、設置してもよい。
【００３５】
また、配列ヘッド４には、減圧装置３１が接続されている。減圧装置３１は、減圧発生部３２、第１バルブ（Ｖ１）３３、第２バルブ（Ｖ２）３４、減圧室３５、圧力検出部３６、メイン通路３７、バイパス通路３８を備えている。制御部１３は、圧力検出部３６によって検出された減圧室３５内の圧力や上述した工程に応じて第１バルブ３３および第２バルブ３４の開閉タイミングを制御する。減圧発生部３２は、配列ヘッド４から第１バルブ３３、メイン通路３７またはバイパス通路３８、第２バルブ３４を介して接続され、配列ヘッド４の空間２５内を減圧する。
【００３６】
第１バルブ３３および第２バルブ３４には、三方弁が用いられる。すなわち、第１バルブ３３は配列ヘッド４から図５に示す流路ａおよび流路ｂのうち一方を開き他方を閉じる。同様に、第２バルブ３４は、図５に示す流路ｃおよび流路ｄのうち一方を開き他方を閉じる。第１バルブ３３から分岐する流路のうち流路ｂに分岐する通路がメイン通路３７であり、流路ａに分岐する通路がバイパス通路３８である。メイン通路３７には減圧室３５が配置されている。
【００３７】
ボール吸着工程では、制御部１３が第１バルブ３３および第２バルブ３４を図６に示すタイミングチャートに基づいて制御する。
まず、ボール吸着工程が開始される前、制御部１３は、第１バルブ３３を流路ａに切り換え、第２バルブ３４を流路ｄに切り換えると共に減圧発生部３２を駆動させる。以降、減圧発生部３２は、駆動を継続する。
この状態では、配列ヘッド４の空間２５内は減圧されず、減圧室３５内が減圧される。制御部１３は、減圧室３５内の圧力情報を圧力検出部３６から取得して、所定の圧力すなわち所定の負圧状態になるまで待機する。
【００３８】
上述の処理と並行して、Ｘ軸移動装置５は、配列ヘッド４をボール収容装置３のボール収容容器１５の上方に移動させる。Ｚ軸移動装置６は、配列ヘッド４を下降させ、配列ヘッド４、具体的にはボール配列板２６をボール収容容器１５に近接させる。
図７Ａおよび図７Ｂは、ボール配列板２６に導電性ボール２を吸着させるときのボール配列板２６の吸着位置の一例を示す図である。なお、図７Ａおよび図７Ｂには、配列ヘッド４のうちボール配列板２６のみを示している。
【００３９】
図７Ａに示す吸着位置の一例は、ボール配列板２６がボール収容容器１５の側部１５ａの上端に接触している状態である。図７Ｂに示す吸着位置の一例は、ボール配列板２６がボール収容容器１５の側部１５ａ内面に接触し、ボール収容容器１５内の所定の位置まで入り込んだ状態である。なお、導電性ボール２を吸着させるときのボール配列板２６の吸着位置は、図７Ａおよび図７Ｂに示す形態以外であってもよい。
【００４０】
図７Ａおよび図７Ｂの何れのボール配列板２６の吸着位置であっても、ボール配列板２６とボール収容容器１５の側部１５ａとの間には隙間を発生させないように構成されている。配列板押さえ治具３０を用いた配列ヘッド４であっても同様に、配列板押さえ治具３０とボール収容容器１５の側部１５ａの上端や内面に接触させ、隙間を発生させないように構成する。したがって、ボール配列板２６に導電性ボール２を吸着させるときに、ボール配列板２６の周囲から流入するガス流を防止することができる。すなわち、図７Ａおよび図７Ｂに示す状態では、ボール収容容器１５内と外部とは、通気性材により形成された底部１５ｂを介してのみ通気され、底部１５ｂを除いて密閉されている。
【００４１】
なお、ボール吸着工程では上述したボール収容装置３の加振機１６が、ボール収容容器１５を振動させる。したがって、ボール収容容器１５とボール配列板２６もしくは配列板押さえ治具３０とが干渉する部分に、伸縮性部材、バネ部材、樹脂部材を用いて振動による摩耗や密着性の低下を防止することが好ましい。また、摩耗によるボール収容容器１５内の汚染が気にならないような、ボール収容容器１５の側部１５ａと接触するような構造であれば、ブラシ等を用いることができる。
【００４２】
ここで、上述した減圧室３５の容量は、ボール吸着位置のボール配列板２６とボール収容容器１５との間で形成される空間の体積に関係している。具体的には、減圧室３５の容量は、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、ボール配列板２６のボール配列エリアを底面とし、ボール配列板２６の表面２６ａからボール収容容器１５の底部１５ｂまでの距離を高さとした空間の体積以上、好ましくは２倍以上に設定されている。ボール配列エリアとは、ボール配列板２６のうち、図２に示すようにウエハＷに導電性ボール２を搭載する半導体チップＣの最外周を結んだ領域をいう。このように、減圧室３５の容積は、図７Ａおよび図７Ｂの斜線で示す減圧室に必要な体積以上に設定されている。
【００４３】
Ｚ軸移動装置６がボール配列板２６をボール吸着位置まで下降したとき、既に加振機１６はボール収容容器１５を振動させて、ボール収容容器１５内の導電性ボール２をボール収容容器１５内で均一に分散すると共に、跳躍させ浮遊した状態である。
制御部１３は、減圧室３５内の圧力が所定の圧力（負圧）になっていることを確認した後、ボール吸着を開始する。具体的には、図６のタイミングチャートに示すように、制御部１３は、第１バルブ３３を流路ｂに切り換え、減圧室３５とボール配列板２６との間を開放する。すると、減圧室３５の容量分の空気が流路ｂ、配列ヘッド４の空間２５を介してボール配列板２６から一気に吸引される。上述したように、減圧室３５の容量は、ボール配列板２６のボール配列エリアとボール収容容器１５の底部１５ｂとで囲まれる体積以上であることから、ボール収容容器１５内の空気と、振動によって浮遊している導電性ボール２とが瞬時に吸引される。
【００４４】
このとき、ボール配列板２６とボール収容容器１５とにより囲まれる空間は底部１５ｂのみで通気されているために、ボール吸着時では底部１５ｂからボール配列板２６に向かって直線状に整流された流れが生じる。すなわち、ボール配列板２６の周囲から流入するようなガス流が生じていない。したがって、振動により均一に分散された導電性ボール２は、整流された流れに沿ってボール配列板２６に向かって上昇し、ボール配列板２６の吸着孔２９にむらがなく満遍なく吸着される。このようにして、各吸着孔２９にそれぞれ１つの導電性ボール２が精度よく吸着させることができる。なお、底部１５ｂからボール配列板２６に向かって直線状の整流を発生させるには、底部１５の全面またはボール配列板２６のボール配列エリアに対向する部分が通気性材であることが好ましい。
【００４５】
その後、制御部１３は、少なくとも減圧室３５と配列ヘッド４内の空間２５の圧力が略同一になる時間Ｔまで待機した後、第１バルブ３３を流路ａに切り換え、第２バルブ３４を流路ｃに切り換える。したがって、この状態では、減圧発生部３２がバイパス通路３８を介して配列ヘッド４の空間２５内を継続して減圧している。したがって、ボール配列板２６は、各吸着孔２９に導電性ボール２を吸着した状態で保持することができる。
【００４６】
その後、余剰ボール除去工程、配列検査工程、搭載位置認識工程を経て、ウエハＷの電極上に導電性ボール２を搭載するボール搭載工程に移行する。
ボール搭載工程では、Ｘ軸移動装置５は、配列ヘッド４を搭載ステージ９の上方に移動させる。Ｚ軸移動装置６は、配列ヘッド４を下降させ、導電性ボール２をウエハＷの電極に完全に接触させる。ウエハＷの電極上には予めフラックスが塗布されており、この粘着力によって導電性ボール２が保持される。このとき、配列ヘッド４をウエハＷに接触させる荷重は、導電性ボール２の数や種類等に応じて最適な荷重に制御されるため、導電性ボール２を適性かつ円滑に搭載させることができる。
【００４７】
次に、制御部１３は、図６のタイミングチャートに示すように、第２バルブ３４を流路ｄに切り換え、配列ヘッド４の空間２５の吸引を遮断する。すると、ボール配列板２６に吸着されていた導電性ボール２が電極上に一括して搭載される。このとき、配列ヘッド４に振動発生源を有する場合、ボール吸着中や吸着終了時に振動を加えてもよい。ボール搭載時に振動を加えることで、吸着孔２９に吸着した導電性ボール２を吸着孔２９から容易に離脱させることができる。この場合、振動周波数は数Ｈｚ〜１ＧＨｚ程度が好ましい。
その後、付着ボール除去工程を経て、導電性ボール搭載装置１の一連の動作が完了する。
【００４８】
続いて、次のウエハＷに対して導電性ボール２を搭載する処理を行うために、ボール吸着工程に移行する。なお、上述したボール搭載工程において、制御部１３が第２バルブ３４を流路ｄに切り換えた時点で、次のボール吸着工程のために減圧発生部３２が減圧室３５内を減圧する。
【００４９】
一方、ボール収容装置３は、上方に配列ヘッド４が位置していいないタイミングで、図３で説明したように、ボール収容容器１５内に導電性ボール２を供給するボール供給処理が行われる。具体的には、図８のタイミングチャートに示すように、搭載位置認識工程から付着ボール除去工程に亘って導電性ボール２が供給される。
【００５０】
ボール供給処理では、まず加振機１６が、ボール収容容器１５内の導電性ボール２を均一に分散させる（図８に示す時間Ａを参照）。次に、ボール量計測部１７は、加振機１６により均一に分散され跳躍している導電性ボール２のボール量の計測を開始する（図８に示す時間Ｂを参照）。所定量の導電性ボール２が収容されていない場合、ボール供給部２０は、ボールストック部２１に貯留されている導電性ボール２を供給管２２を介してボール収容容器１５に供給する（図８に示す時間Ｃを参照）。その後、再び、ボール量計測部１７は跳躍している導電性ボール２のボール量を計測し（図８に示す時間Ｄを参照）、ボール供給部２０は導電性ボール２をボール収容容器１５に供給する（図８に示す時間Ｅを参照）。このように、ボール量計測部１７が所定量の導電性ボール２を計測するまで、ボール供給部２０は導電性ボール２を供給する。ただし、ボール供給部２０による導電性ボール２の供給は、付着ボール除去工程までに終了させるために、通常は１回または２回程度であることが好ましい。
【００５１】
このように、ボール収容容器１５では、常に所定量の導電性ボール２を収容させているので、跳躍している導電性ボール２が多すぎたり少なすぎたりすることがない。したがって、ボール吸着工程では、各吸着孔２９に１つ導電性ボール２を吸着させることができ、ボール配列板２６の各吸着孔２９に複数の導電性ボール２が吸着することや、導電性ボール２が吸着されていない吸着孔２９があることを防止することができる。
【００５２】
上述したように第１の実施形態の導電性ボール搭載装置１によれば、ボール配列板２６と減圧発生部３２との間に第１バルブ３３によって区切られた減圧室３５を設け、導電性ボール２をボール配列板２６に吸着する前に予め減圧室３５を所定の圧力に減圧する。そして、第１バルブ３３を開き、配列ヘッド４の空間２５と減圧室３５との間を開放することで、ボール収容容器１５内にある空気と共に跳躍する導電性ボール２を一気に吸引でき、導電性ボール２を瞬間的にボール配列板２６の吸着孔２９に吸着させる。したがって、導電性ボール２をボール配列板２６に吸着する時間を短縮させ、歩留の向上を図ることができる。
【００５３】
更に、導電性ボール２をボール配列板２６に吸着させるとき、ボール配列板２６とボール収容容器１５の側部１５ａとの間には隙間がなく、ボール収容容器１５内と外部とは、底部１５ｂを介してのみ通気される。したがって、ボール吸着時では底部１５ｂからボール配列板２６に向かって直線状に整流された流れが生じる。したがって、振動により均一に分散された導電性ボール２は、粗密が発生することなく整流された流れに沿ってボール配列板２６に向かって上昇し、ボール配列板２６の吸着孔２９にむらがなく満遍なく吸着する。
【００５４】
（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態の減圧装置３１は、第１バルブ３３および第２バルブ３４の間に減圧室３５を設置したメイン通路３７とバイパス通路３８とを配置する場合について説明した。第２の実施形態では、バイパス通路３８を持たない減圧装置について図９を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成は、同一符号を付してその説明は省略する。
【００５５】
図９は、本実施形態の減圧装置４１の構成を示す図である。減圧装置４１は、減圧発生部３２、バルブ４２、減圧室３５、圧力検出部３６を備えている。制御部１３は、圧力検出部３６によって検出された減圧室３５内の圧力や上述した工程に応じてバルブ４２の開閉タイミングを制御する。減圧発生部３２は、配列ヘッド４からバルブ４２、減圧室３５を介して接続され、配列ヘッド４の空間２５内を減圧する。
【００５６】
次に、第２の実施形態のボール吸着工程について図９を参照して説明する。第２の実施形態のボール吸着工程では、制御部１３がバルブ４２を図１０に示すタイミングチャートに基づいて制御する。
まず、ボール吸着工程が開始される前、制御部１３は、バルブ４２を閉めると共に、減圧発生部３２を駆動させる。以降、減圧発生部３２は、駆動を継続する。
この状態では、配列ヘッド４の空間２５内は減圧されず、減圧室３５内が減圧される。
【００５７】
Ｚ軸移動装置６は、配列ヘッド４のボール配列板２６をボール収容容器１５に近接させる。また、加振機１６はボール収容容器１５を振動させてボール収容容器１５内の導電性ボール２を跳躍させ浮遊させた状態にする。
制御部１３は、減圧室３５内の圧力が所定の圧力（負圧）になっていることを確認した後、ボール吸着を開始する。具体的には、図１０のタイミングチャートに示すように、制御部１３は、バルブ４２を開く。すると、減圧室３５の容量分の空気が配列ヘッド４の空間２５を介してボール配列板２６から一気に吸引される。本実施形態の減圧室３５の容量も、ボール配列板２６のボール配列エリアとボール収容容器１５の底部１５ｂとで囲まれる体積以上に設定されていることから、ボール収容容器１５内の空気と、振動によって浮遊している導電性ボール２とが瞬時に吸引される。
【００５８】
その後、第１の実施形態と同様、ボール除去工程、配列検査工程、搭載位置認識工程を経て、ウエハＷの電極上に導電性ボール２を搭載するボール搭載工程に移行する。ボール搭載工程では、Ｘ軸移動装置５は、配列ヘッド４を搭載ステージ９の上方に移動させる。Ｚ軸移動装置６は、配列ヘッド４を下降させ、導電性ボール２をウエハＷの電極に完全に接触させる。ウエハＷの電極上には予めフラックスが塗布されており、この粘着力によって導電性ボール２が保持される。
次に、制御部１３は、図１０のタイミングチャートに示すように、バルブ４２を閉めて、配列ヘッド４の空間２５の吸引を遮断する。すると、ボール配列板２６に吸着されていた導電性ボール２が電極上に一括して搭載される。なお、制御部１３がバルブ４２を閉めた時点で、次のボール吸着工程のために減圧発生部３２が減圧室３５内を減圧する。
【００５９】
このように、第２の実施形態の導電性ボール搭載装置１によれば、第１の実施形態と同様に、導電性ボール２をボール配列板２６に吸着する時間を短縮させ、歩留の向上を図ることができる。また、バルブ４２を一つのみにすることで、減圧装置４１の構成を簡略化することができる。
【実施例１】
【００６０】
実施例１では、以下のような実施条件で導電性ボールを吸着し、その吸着時間を確認した。
＜実施条件＞
使用ボールサイズ：１００μｍφ、ボール材質：Ｓｎ３．５Ａｇ０．５Ｃｕ
ボール配列板：８インチ（２００ｍｍ）ウエハ対応、吸着孔数：３８５０００個／ウエハ（６２５個／チップ）、チップ数：６１６個／ウエハ、チップサイズ：６．７２ｍｍ□
ボール配列板板厚：１００μｍ、吸着孔径：７０μｍφ、吸着孔ピッチ：２００μｍ
ボール配列エリア：約２８２ｃｍ2
ボール吸着時のボール配列板とボール収容容器の底部との距離：１０ｍｍ
減圧室に必要な容量：２８２ｃｍ3以上
ボール吸着時の減圧室の圧力：−２０ｋＰａ
【００６１】
以下、減圧室なしの場合と、図５に示すように配列ヘッド４と減圧発生部３２との間に第１バルブ３３によって区切られた容量５００ｃｍ3の減圧室３５を設置した場合とで、一回のボール吸着工程でボール配列エリア全面に導電性ボール２を吸着するまでに要した時間を検証し、表１に示す。
【００６２】
なお、配列ヘッド４には、空間２５内の圧力を検知する圧力センサが設置されている。予め圧力センサを用いてボール配列エリア全面に導電性ボール２が吸着された状態の圧力を測定し、測定した圧力を全面吸着到達圧力とする。実施例１では−２０ｋＰａを全面吸着到達圧力とし、第１バルブ３３が流路ｂに切り換えている時間Ｔ（図６に示すタイミングチャートを参照）を５秒とする。
表１に示す吸着時間は、圧力センサが吸着開始から全面吸着到達圧力に達するまでの時間である。この際のボール未吸着数は何れも１０個以下であった。
【００６３】
【表１】
2012256748.tif 000003
【００６４】
実施例１の結果から、ボール吸着工程の前に予め減圧室３５を所定の圧力に減圧し、バルブを開いて一気に吸引することで、吸着時間が格段に速くなることを実証することができた。
【実施例２】
【００６５】
実施例２では、吸着時間を一定にしたときの減圧室なしの場合と減圧室ありの場合とで、ボール未吸着数を検証し、表２に示す。
＜実施条件＞
使用ボールサイズ：１００μｍφ、ボール材質：Ｓｎ３．５Ａｇ０．５Ｃｕ
ボール配列板：８インチ（２００ｍｍ）ウエハ対応、吸着孔数：３８５０００個／ウエハ（６２５個／チップ）、チップ数：６１６個／ウエハ、チップサイズ：６．７２ｍｍ□
ボール配列板板厚：１００μｍ、吸着孔径：７０μｍφ、吸着孔ピッチ：２００μｍ
ボール配列エリア：約２８２ｃｍ2
ボール吸着時のボール配列板とボール収容容器の底部との距離：１０ｍｍ
減圧室に必要な容量：２８２ｃｍ3以上
吸着時間：４０秒
減圧室の容量：５００ｃｍ3
ボール吸着時の減圧室の圧力：−２０ｋＰａ
【００６６】
【表２】
2012256748.tif 000004
【００６７】
実施例２の結果から、ボール吸着工程の前に予め減圧室３５を所定の圧力に減圧し、バルブを開いて一気に吸引することで、同じ吸着時間の場合、ボール未吸着数を極めて少なくなることを実証することができた。
【００６８】
なお、上述した実施例以外にも、６０μｍφ、８０μｍφ、１５０μｍφの使用ボールサイズや、鉛入り材（Ｓｎ−Ｐｂ系等）のボール材質でも実施したが、同等の良好な結果が実証できた。但し、ボールサイズが６０μｍφおよび８０μｍφの場合、ボール配列板の板厚を７０μｍ、吸着孔径を４０μｍφにした。ボールサイズが６０μｍφについては、吸着孔ピッチを１００μｍでも評価したが、同様に本発明の減圧室を設置した場合にのみ良好な結果が得られた。
【００６９】
以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。例えば上述した実施形態では減圧発生部３２を１つのみ設ける場合について説明したが、この場合に限られず、減圧発生部を２つ設けることができる。すなわち、一方の減圧発生部は減圧室３５を所定の圧力に減圧するために用い、他方の減圧発生部では導電性ボール２をボール配列板２６に吸着された状態を保持するために用いる。
また、配列ヘッド４の空間２５から別のバルブを設け、例えば加圧ポンプ等の陽圧装置を接続してもよい。陽圧装置は、導電性ボール２をウエハＷの電極上に一括して搭載するとき、配列ヘッド４の空間２５内を陽圧にすることで、容易に導電性ボール２をウエハＷの電極上に搭載することができる。
【００７０】
上述した本実施形態における導電性ボール搭載装置１が行うボール搭載方法の各ステップは、制御部１３がＲＡＭやＲＯＭ等のメモリに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。したがって、このプログラムおよびこのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００７１】
１：導電性ボール搭載装置  ２：導電性ボール  ３：ボール収容装置  ４：配列ヘッド  ５：Ｘ軸移動装置  ６：Ｚ軸移動装置  ７：ボール除去装置  ８：配列検査装置  ９：搭載ステージ  １３：制御部  １５：ボール収容容器  １５ａ：側部  １５ｂ：底部  １６：加振機  １７：ボール量測定部  １８：発光部  １９：受光部  ２０：ボール供給部  ２１：ボールストック部  ２２：供給管  ２５：空間  ２６：ボール配列板  ２７：配列板支持部  ２８：貫通孔  ２９：吸着孔  ３０：配列板押え治具  ３１：減圧装置  ３２：減圧発生部  ３３：第１バルブ（Ｖ１）  ３４：第２バルブ（Ｖ２）  ３５：減圧室  ３６：圧力検出部  ３７：メイン通路  ３８：バイパス通路  ４１：減圧装置  ４２：バルブ
【図１】
2012256748.tif 000005
【図２】
2012256748.tif 000006
【図３】
2012256748.tif 000007
【図４】
2012256748.tif 000008
【図５】
2012256748.tif 000009
【図６】
2012256748.tif 000010
【図７Ａ】
2012256748.tif 000011
【図７Ｂ】
2012256748.tif 000012
【図８】
2012256748.tif 000013
【図９】
2012256748.tif 000014
【図１０】
2012256748.tif 000015
【図１１】
2012256748.tif 000016