JP2007294835A - 微小ボールをピックアップするための装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微小ボールを１個単位でピックアップできる装置を提供する。
【解決手段】容器１０は、複数の微小ボールＢを溜めるための貯留空間Ｓ１と、この貯留空間Ｓ１の上で、複数の微小ボールＢが浮遊可能な浮遊空間Ｓ２とを内部Ｓに含む。容器１０は、浮遊空間Ｓ２に対して上方からアクセスするための開口１２を含む。保持部２０は、微小ボールＢを１個単位で吸引保持可能な吸引口２３を含む先端部２０ａを有する。保持部２０は、容器１０の開口１２に先端部２０ａをセットすることにより、吸引口２３が浮遊空間Ｓ２に面する。気体供給手段４０は、容器１０の内部Ｓに側方から気体を供給することにより、浮遊空間Ｓ２に複数の微小ボールＢを浮遊させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半田ボールなどの導電性ボールを含む微小ボールをピックアップできる装置およびその制御方法に関するものである。

ＬＳＩ（Large Scale Integration）を始めとする半導体デバイスを実装する際、電気的な接続を得るために、微小な導電性ボールが用いられている。導電性ボールを半導体ウエハや回路基板などの基板（ワークピース）の所定の位置にマウントする方法の１つとしては、多数の開口を備えたマスクを用いて多数の導電性ボールを基板の所定の位置に配置する方法が知られている。これに続いて、基板に対する導電性ボールの搭載状況を判定し、導電性ボールの配置漏れがある場合は、その位置に対して個別に導電性ボールを配置する。この搭載抜けの補填を含む作業をリペアと称する。リペアを行なう際には、吸引管などを用いて、微小な導電性ボールを１つだけピックアップする必要がある。

特許文献１には、トレイに収納されたはんだボールを吸引吸着させるノズルを備えた装置が開示されている。ノズルは、外側円筒部の内側に内側円筒部を引き込ませた二重構造であって、外側円筒部と内側円筒部とによって、ノズルの先端部に、はんだボールよりもわずかに大径で、はんだボールの径よりもわずかに浅い凹部が形成されている。また、トレイには、ノズルが進入する部分に、ゴム製のシャッターが設けられている。シャッターには、中央部分から外側部分に向かう放射状の切り込みが形成されている。この装置では、ノズルからエアを吸引し、はんだボールをノズルの先端部の凹部に吸着させる。このとき、エアの吸引力により、ノズルの先端部にブドウの房状に複数のはんだボールが吸着されるため、シャッターによってはんだボールをすり切るようになっている。
特開２００３−１９８１１４号公報

特許文献１に記載の装置では、エアの吸引力により、ノズルの先端部にブドウの房状に吸着された不要なボール（余剰ボール）を、ゴム製のシャッターですり切るようになっている。このようなシャッターによる分離は、製造誤差、組み立て誤差、経時変化などの要因により、分離性能に大きな変化が発生しやすく、信頼性を確保することが難しい。半導体デバイス、光学デバイス、集積回路装置、あるいは表示装置などを製造する際に、基板上に導電性の微小ボールを搭載したり、基板上に搭載される導電性の微小ボールの搭載抜けを補充（補填）する目的では、導電性ボールがピックアップできないと、作業性が低下する。また、予期しない余分なボールがピックアップされてしまうと、それだけで様々な工程を経て製造されたデバイスの価値がなくなる。したがって、余剰のボールを高い確率で、確実に排除することは重要である。

本発明の１つの目的は、半田ボールなどの導電性ボールを含む微小ボールを１個単位で基板の所定の位置に搭載するための装置、特に、半導体デバイス、光学デバイス、集積回路装置、あるいは表示装置などを製造する際に、基板上に搭載される導電性の微小ボールの搭載抜けを補充（補填）するリペア装置に好適に用いることができる装置およびその制御方法を提供することである。

また、ボールを１個単位でピックアップする技術は、リペア装置、リペア方法に限らず、種々のボール搭載装置、ボール搭載方法などの重要な技術となりうる。本発明の他の目的の１つは、基板上に１つまたは複数の微小ボールを搭載するボール搭載装置に好適に用いることができる装置およびその制御方法を提供することである。

本発明の一態様は、少なくとも１つの微小ボールをピックアップするための保持部を有する装置である。この装置は、さらに、容器と気体供給手段とを有する。容器は、複数の微小ボールを溜めるための貯留空間と、この貯留空間の上で、複数の微小ボールが浮遊可能な浮遊空間とを内部に含むためものである。この容器は、さらに、浮遊空間に対して上方からアクセスするための開口を含む。気体供給手段は、容器の内部に側方から気体を供給することにより、浮遊空間に複数の微小ボールを浮遊させるためのものである。さらに、保持部は、微小ボールを１個単位で吸引保持可能な吸引口を含む先端部を備え、この保持部は、容器の開口に先端部をセットすることにより、吸引口が浮遊空間に面するように設けられている。

本発明の他の態様は、上記の容器および気体供給手段を有し、さらに、保持部が、吸引口を含む先端部を備え、その吸引口の直径は微小ボールの直径より小さく、さらに、容器の開口に先端部をセットすることにより、吸引口が浮遊空間に面する装置である。

これらの装置によれば、容器の内部に側方から気体を供給して、浮遊空間に複数の微小ボールを浮遊させ（舞い上がらせ）、保持部の先端部の吸引口により微小ボールをピックアップする。このため、微小ボールを１個単位で確実にピックアップできる。しかも、発明者らの実験によると、保持部の先端部に不要なボール（余剰ボール）が吸着される可能性をほぼ排除できる。

さらに、浮遊空間に複数の微小ボールを浮遊させ、これらの微小ボールの中から微小ボールを１個単位でピックアップし、その後、浮遊空間における複数の微小ボールの浮遊を止めることにより、ピックアップされた微小ボールと、ピックアップされなかった微小ボールとを選別できる。したがって、余剰ボールを保持部からすり切るための機構を省略することも可能である。このため、シャッター機構などの信頼性に左右されることがなくなり、ピックアップされた余剰ボールを排除するというプロセス自体を省略することが可能となる。このことは、簡易な構成により、余剰ボールがピックアップされる可能性を高い確率で排除できることを意味する。したがって、この装置によれば、微小ボールを一個単位で確実にピックアップできる。

この装置の容器は、浮遊空間に露出した面を含むものであっても良い。さらに、保持部の先端部が、吸引口が配置された先端面を含む場合、保持部は、先端面が、容器の露出した面とほぼ一致するようにセット可能であることが好ましい。このようにすることにより、保持部の先端部の周面（側面）に余剰ボールが吸着される可能性をさらに低減できる。

本発明の他の態様は、上述した容器、保持部および気体供給手段を含む装置の制御方法である。この制御方法は、以下の工程を含む。
（ａ１）保持部の先端部を、吸引口が、容器の開口を介し、浮遊空間に面するように前進させること。
（ａ２）気体供給手段により、容器の内部に気体を吹き出させることで、微小ボールを浮遊空間において浮遊させること。
（ａ３）吸引口に、微小ボールを吸引吸着させること。
（ａ４）浮遊空間における複数の微小ボールの浮遊を止めること。
（ａ５）保持部の先端部を後退させて、ピックアップされた微小ボールを搬送すること。

本発明に含まれる装置の一形態では、保持部は、微小ボールを１個単位で吸引保持可能な１つの吸引口を含む先端部を有していてもよい。１つの微小ボールを基板の所定の位置に搭載することが出来る装置は、微小ボールの搭載抜けを補充（補填）するボール搭載システム（リペア装置）に好適である。

また、本発明に含まれる装置の他の形態では、保持部は、微小ボールを１個単位で吸引保持可能な複数の吸引口を含む先端部を有していてもよい。半導体ウエハは、一般に、規則的に配置された複数の半導体チップから構成されているため、微小ボールを所定のパターンで基板の所定の位置に搭載することが出来る装置は、半導体ウエハに、所定の配列パターンで導電性ボールを配列するボール搭載システムに好適である。

保持部が微小ボールを１個単位で吸引保持可能な複数の吸引口を含む先端部を有している場合、先端部の先端面に、微小ボールを１個単位でそれぞれ吸引保持可能な複数の吸引口が所定のパターンで配置されていることが好ましい。複数の吸引口は、例えば、グリッド状に配置してもよい。規則的に配置された複数の半導体チップから構成される基板に、所定の配列パターンで、導電性ボールなどの微小ボールを搭載する際に好適である。

微小ボールが酸化しやすい導電性ボールなどの場合には、気体供給手段によって容器の内部に供給する気体は、窒素ガスや不活性ガスなどであることが好ましい。湿度などが適切に制御された空気によるエアブローを採用することも可能である。

本発明の一態様にかかるボールピックアップ装置において、気体供給手段は、容器の開口を介し、浮遊空間に面するようにセットされた保持部の先端面に沿った気体の流れを形成するように、容器の内部に気体を吹き出すための吹出ノズルを備えていることが好ましい。このようにすることにより、微小ボールが保持部の先端部にピックアップされやすい状態で浮遊空間に舞い上がらせることができる。また、余剰ボールが保持部にピックアップされることを防止できる。

したがって、気体供給手段は、容器の側部の上半分部の範囲にセットされた吹出ノズルを備えていることが好ましい。気体の供給部である吹出しノズルの位置を容器の開口に近づけることにより、微小ボールをピックアップできる確率がさらに向上する。気体供給手段が、容器の側部の上半分部の範囲にセットされた吹出ノズルを備えている場合、容器の内部を部分的に上下に分割するように、整流板を設けてもよい。

この装置に含まれる容器は、気体を排出するための口を備えていることが好ましい。排出するための口は、第１の直径となる部分を含む孔と、第１の直径となる部分と対向する部分であって、第１の直径よりも小さい第２の直径となる部分を含み、孔に挿入された部材とを含み、第１の直径と第２の直径との差は、公差を含めて微小ボールの直径未満であることがさらに好ましい。第１の直径を備えた孔の内周に沿って、微小ボールの直径よりも小さな幅のスリットを形成できるので、排気用に充分な開口面積を確保でき、また、微小ボールの排出を確実に防止できる。

微小ボールとしては、例えば、直径が１ｍｍ以下、具体的には、直径３０〜３００μｍ程度の半田ボール、金ボール、または銅ボールなどが挙げられる。近年、半導体デバイスあるいは光学デバイスなどは、集積化が進んでおり、ハンドリングが要求される微小な導電性ボールは、ますます小径になってきている。このため、場合によっては、数１０〜数１００μｍ程度の微小ボールをピックアップすることが要求される。したがって、排気するための口もまた、数１０〜数１００μｍ程度、場合によっては、数μｍ程度の精度が要求される。しかしながら、容器の壁などに形成された、直径数μｍ〜数百μｍ程度の微細な径の孔により、充分な開口面積を得るためには、多くの孔を形成する必要がある。これに対し、容器の壁などに第１の直径となる部分を含む孔を設け、第１の直径よりも小さい第２の直径となる部分を含む部材を孔の内部に挿入し、孔と部材との間のクリアランスを排気口とすることにより、微細な幅の排気口を簡単に形成することができる。

本発明に含まれる装置の一形態は、容器の上部を外面側からカバーで覆い、容器とカバーとの間に排気経路を形成するものである。この場合、容器の上部に孔を形成し、カバーから突出したピン（円筒部材）を容器の孔に挿入することにより、排気経路を簡単に構成できる。

貯留空間の上に形成される浮遊空間において、個々の微小ボールを、セットされた保持部の近傍まで舞い上がった状態とするための１つの好ましい形態は、吹出ノズルにより容器の上方の面および／または容器の上方にセットされた保持部の先端面に沿った気流を形成し、容器の上部に配置された微小な複数の排気口から気体を排出する構成である。このようにすることにより、浮遊空間に面するようにセットされた保持部の先端面に沿った気体の流れを安定して形成することができ、微小ボールが浮遊し易く、ピックアップされ易い装置を提供できる。

本発明の一態様にかかる装置によれば、吸引口が、容器の開口を介し、浮遊空間に面するように容器にセットされる第１のポジションと、吸引口が、容器から外れる第２のポジションとの間で、容器および／または保持部を移動可能な移動手段をさらに有することが好ましい。１個単位でピックアップされた微小ボールを移動手段により種々の用途に利用できる。例えば、ピックアップされた微小ボールは、基板の搭載抜けを補充（補填）するボール搭載システム（リペア装置）に適用できる。また、所定の配列パターンと対応するようにピックアップされた複数の微小ボールは、所定の配列パターンで導電性ボールを配列するボール搭載システムに好適である。移動手段および保持部は、ボール搬送手段としても用いることができる。移動手段および保持部をボール搬送手段として用いる場合には、移動手段は保持部を移動させるものであることがさらに好ましい。

すなわち、本発明のさらに他の態様は、本発明に含まれる、微小ボールをピックアップ可能な装置と、基板を支持する基板支持機構とを有し、保持部に保持された微小ボールを基板に搭載可能なボール搭載システムである。

また、本発明のさらに他の形態は、複数の微小ボールを溜めるための貯留空間と、この貯留空間の上で、複数の微小ボールが浮遊可能な浮遊空間とを内部に含むための容器であって、さらに、浮遊空間に対して上方からアクセスするための開口を含む容器と、微小ボールを１個単位で吸引保持可能な吸引口を含む先端部を有する保持部とを用いて、微小ボールをピックアップする方法である。この方法は、以下のステップを含む。
（ｂ１）保持部の先端部を容器の開口にセットし、吸引口が浮遊空間に面するようにすること。
（ｂ２）容器の内部に気体を吹き出させることにより、微小ボールを浮遊空間において浮遊させること。
（ｂ３）吸引口を浮遊空間に対して負圧にすることにより、微小ボールを吸引口に吸着させること。
（ｂ４）気体の吹き出しを止めること。
（ｂ５）保持部の先端部を後退させて、ピックアップされた微小ボールを搬送すること。

この方法によれば、保持部の先端部に、浮遊空間において浮遊している複数の微小ボールから微小ボールを１個単位で良好に吸着させ、微小ボールを１個単位で使用することができる。

図１に、リペア用のボール搭載システムとしてのボール搭載装置（以下、リペア装置という）の一例を側面図により示している。図２に、図１のリペア装置に含まれるボールピックアップ装置の一例を平面図により示している。図３に、図２のボールピックアップ装置において、保持部の先端部を容器の上部である上壁の内面に合わせた状態を、保持部の先端部近傍を拡大して断面図により示している。図４に、図２のボールピックアップ装置において、保持部を引き上げている途中の状態を、保持部の先端部近傍を拡大して断面図により示している。なお、図４は、後述する図１１の保持部の先端部近傍の拡大図でもある。

リペア装置９０ａは、ボールピックアップ装置１ａと、基板（ワークピース）９１を支持する基板支持機構９２とを有している。このリペア装置９０ａは、例えば、８インチあるいは１２インチ程度の半導体ウエハを基板９１として、この半導体ウエハ９１の搭載面である上面９１ａの所定の位置に微小ボールＢを個別に搭載することが可能な装置である。このリペア装置９０ａは、半導体ウエハ９１の上面９１ａのうち、微小ボールＢが搭載されるべき場所であって、微小ボールＢが搭載されていない場所（ボール抜け位置）に対し、吸引管２０ｂを備えた保持部２０の先端部２０ａに保持された微小ボールＢを個別に搭載可能である。ボールピックアップ装置１ａは、保持部２０の先端部２０ａに微小ボールＢを１個単位で吸着保持させるための装置である。

なお、基板９１は、半導体ウエハに限らず、板状の印刷回路ボードや、テープ状のＣＯＦ（Chip on Film）などであってもよい。

微小ボールＢは、例えば、導電性微小ボール（導電性微小粒子）であり、直径３０〜３００μｍ程度の半田ボール、金ボール、または銅ボールが含まれる。なお、この明細書で開示する技術は、スペーサなどの微小ボール、樹脂（プラスチック）あるいはセラミックなどからなる非導電性の微小ボール、非導電性の微小ボールの表面に、メッキなどの処理によって金属膜を施した微小ボールなどを、基板にマウントする際にも用いることができる。また、この明細書で開示する技術は、例えば直径が１ｍｍ以下、さらには、数１０〜数１００μｍ程度のボールをハンドリングする技術として有効である。

以下に、ボールピックアップ装置１ａを詳しく説明する。図１および図２に示すように、ボールピックアップ装置１ａは、容器１０と、先端部２０ａに微小ボールＢを１個単位で吸引保持可能な保持部２０を有するヘッド２１と、容器１０と基板支持機構９２との間において保持部２０を移動させるための移動装置３０と、微小ボールＢを浮遊させるための気体を容器１０の内部に供給するガス供給装置４０と、保持部２０の管路（吸引管）２０ｂを介して容器１０の内部の気体を吸引することにより保持部２０の先端部２０ａに設けられた吸引口２３に吸引力を与えるための吸引装置５０と、容器１０を上方から覆うカバー７０と、これらの装置を制御するための制御部６０とを備えている。

容器１０は、複数の微小ボールＢを溜めるための貯留空間Ｓ１と、この貯留空間Ｓ１の上で、複数の微小ボールＢが浮遊可能な浮遊空間Ｓ２とを内部Ｓに含む、あるいは設けるためのものである。貯留空間Ｓ１と浮遊空間Ｓ２とは連通した空間である。本例においては容器１０の内部Ｓの空間のうち、微小ボールＢが浮遊していない状態で溜まっている部分が貯留空間Ｓ１であり、その上部の浮遊可能な空間が浮遊空間Ｓ２である。したがって、容器１０の上壁（上部）１１の内面１１ａが、浮遊空間Ｓ２に臨む（面した）露出した面となる。容器１０の上壁１１は、浮遊空間Ｓ２に対して上方からアクセスするための円筒状の開口１２を含んでいる。開口１２には、保持部２０をセット可能である。

ヘッド２１は、微小ボールＢを１個単位で吸引保持可能な大きさの１つの吸引口２３を含む先端部２０ａを備える保持部２０と、この保持部２０を支持する支持部（ベース）２２とを有している。保持部２０の先端部２０ａは、全体として下側の吸引口２３に向けて細くなった円錐台状である。先端部２０ａの下端の先端面２４は、平坦（水平）であって、その外形が円形状である。先端面２４に円形の吸引口２３が設けられている。保持部２０は、その内部に、ガスを吸引するための円筒状の管路２０ｂを有している。この保持部２０の管路２０ｂは、その先端（開口端）の吸引口２３の径（内径）Ｄ２が微小ボールＢの外径Ｒよりも細い。この保持部２０は、容器１０の開口１２に先端部２０ａをセットすることにより、吸引口２３を浮遊空間Ｓ２に露出させることができ、吸引装置５０によって管路２０ｂの先端からガスを吸引することにより、保持部２０の先端部２０ａに微小ボールＢを１個単位で吸着できる。

移動装置３０は、保持部２０の先端部２０ａの吸引口２３が、容器１０の開口１２を介し、浮遊空間Ｓ２に面するように（浮遊空間Ｓ２に向かった状態で）、先端部２０ａの先端面２４が容器１０の上壁１１の内面１１ａと実質的に一致するように、容器１０にセットされる第１のポジションと、保持部２０の先端部２０ａが容器１０の上壁１１の内面１１ａよりもこの容器１０の外界側（外側あるいは上側）に外れる第２のポジションとの間で、保持部２０を備えるヘッド２１を移動させる。すなわち、第１のポジションでは、吸引口２３が容器１０の浮遊空間Ｓ２に露出し、第２のポジションでは、吸引口２３が容器１０から外れる。移動装置３０は、さらに、保持部２０を備えるヘッド２１を、ボールピックアップ装置１ａでボールをピックアップするためのポジションと、基板支持機構９２に支持された基板９１の上面９１ａの所望の場所に微小ボールＢを搭載可能なポジションとの間で、移動させる機能も備えている。

このリペア装置９０ａにおいては、保持部２０は、図１および図３に示す第１のポジションにセットされる。この第１のポジションでは、先端部２０ａは、浮遊空間Ｓ２に向け、容器１０の上部に設けられた開口１２に挿入され、先端面２４が浮遊空間Ｓ２に臨む容器１０の上壁１１の内面１１ａとほぼ一致するようにセットされる。次に、保持部２０は、図４に示すような保持部２０を引き上げている途中の状態を経て、保持部２０の先端部２０ａが容器１０の上壁１１の内面１１ａよりもこの容器１０の外界側に外れる第２のポジションに移動される。さらに、保持部２０は、第２のポジションを経て、図１に仮想線で示すポジション、すなわち、基板支持機構９２に支持された基板９１の上面９１ａの所望の場所に微小ボールＢを搭載可能なポジションに移動される。微小ボールＢを所望の位置に搭載した後は、さらに、微小ボールＢをピックアップする必要があれば、保持部２０は、図３に示したボールをピックアップするための第１のポジションにセットされる。

図３に示すピックアップ装置１ａの各サイズを決定するためには、以下のような点を考慮することが望ましい。まず、上壁１１の開口１２の直径Ｄ１が微小ボールＢの直径Ｒ以下であると、保持部２０を引き上げる際に、保持部２０の先端部２０ａの吸引口２３に吸引吸着している微小ボールＢが開口１２の縁に接触して落下してしまう。また、保持部２０の管路２０ｂの直径（吸引口２３の直径）Ｄ２が微小ボールＢの直径Ｒ以上であると、保持部２０の管路２０ｂの内部に微小ボールＢが入り込んでしまう。また、上壁１１の開口１２を介して保持部２０の先端部２０ａを上壁１１の内面１１ａとほぼ一致するようにセットするためには、保持部２０の先端面２４の直径Ｄ３は、上壁１１の開口１２の直径Ｄ１以下とする必要がある。

本例においては、微小ボールＢの直径Ｒ、上壁１１の開口１２の直径Ｄ１、保持部２０の先端面２４の直径Ｄ３、および保持部２０の管路２０ｂの直径（吸引口２３の直径）Ｄ２は、以下のような関係となるように設定されている。
Ｄ１＞Ｄ３＞Ｒ＞Ｄ２ …（１）

また、図１、図３、および図４に示すように、保持部２０の先端部２０ａは、円錐台状で、先端面２４側に向かって径が小さくなるようなテーパー状の周面２０ｃを有している。このテーパー状の周面２０ｃの勾配は、当該周面２０ｃと上壁１１の開口１２を規定する壁面とが接触するまで保持部２０を前進させたときに、保持部２０の先端面２４が上壁１１の内面１１ａとほぼ一致する状態となるように設定されている。

保持部２０にテーパー状の周面２０ｃを設けることは、保持部２０のセット位置を決定しやすくするだけでなく、保持部２０をセットしたときに、保持部２０と上壁１１との間（壁面２０ｃと開口１２を規定する壁面との間）に、微小ボールＢが漏れるような（通過するような）空隙を形成しないためにも好ましい。すなわち、保持部２０をセットした状態において、保持部２０と上壁１１との間に微小ボールＢの直径Ｒ以上の空隙が存在すると、微小ボールＢがこの空隙を介して流出するおそれがある。なお、保持部２０をセットしたときに、保持部２０と上壁１１との間に完全に空隙が無い状態にする必要は通常ない。空隙が微小ボールＢの直径Ｒ未満であれば、微小ボールＢの流出は防止でき、空隙は排気口の一部として利用できる。

直径Ｒが１００μｍ程度の半田ボールを１個単位でピックアップするためには、各サイズの一例は、次のようなものが挙げられる。上壁１１の開口１２の直径Ｄ１は２７０μｍ、保持部２０の管路２０ｂ（吸引口２３）の直径Ｄ２は５０μｍ、保持部２０の先端面２４の直径Ｄ３は１５０μｍ。なお、上壁１１の開口１２の直径Ｄ１、保持部２０の先端面２４の直径Ｄ３、および保持部２０の管路２０ｂ（吸引口２３）の直径Ｄ２の寸法は、これらに限定されるものではない。各サイズは、微小ボールＢの直径Ｒ、種類などを鑑みて任意に決定することができる。

ガス供給装置４０は、微小ボールＢを浮遊空間Ｓ２において強制的に浮遊させるためのガスを容器１０の内部Ｓに供給するためのものである。この装置４０は、吹出すために加圧されたガスを供給するガス供給部４１と、容器１０の内部Ｓの上半分の範囲にガスを噴出するようにセットされた吹出ノズル４２とを備えている。このボールピックアップ装置１ａでは、吹出ノズル４２は、容器１０の周壁（側壁）１７に設けられており、容器１０の上壁１１の内面１１ａ（浮遊空間Ｓ２に露出する面）に沿って、水平方向にガスを吹出すようになっている。すなわち、吹出ノズル４２は、容器１０の内部Ｓに気体を吹き出し、容器１０の開口１２を介し、浮遊空間Ｓ２に面するようにセットされた保持部２０の先端面２４に沿った気体の流れを形成する。

また、本例では、微小ボールＢとして半田ボールを用いているため、半田ボールＢの酸化を促進しないように、ガス供給部４１から窒素ガスを吹出すようにしている。なお、ガス供給部４１から吹出すガスは、不活性ガス、例えば、アルゴン、ヘリウムなどであってもよいが、窒素ガスは好適な例である。また、使用する微小ボールＢによっては、湿分除去などの調整を済ませた空気をガス供給部４１から吹出しても良い。

容器１０の内部Ｓの上半分の範囲にセットされた吹出ノズル４２から内部Ｓに窒素ガスを導入（ブロー）することにより、貯留空間Ｓ１に溜められた複数の微小ボールＢを、この貯留空間Ｓ１の上の浮遊空間Ｓ２に舞い上がらせることができる。浮遊空間Ｓ２においては、微小ボールＢがばらばらな状態で、容器１０の上部の内面１１ａの近傍まで舞い上がり、１個単位で保持部２０の先端部２０ａにキャッチされる。これは、容器１０の内部Ｓの上半分の範囲にセットされた吹出ノズル４２から、容器１０の内部Ｓにガスをブローすることにより、容器１０の内部Ｓの上側の気圧が下がり、それにより微小ボールＢが容器１０の上側に舞い上げられるためと考えられる。そして、そのような状態で浮遊している微小ボールＢが１個単位で保持部２０にキャッチされ易い。

また、吸引口２３を完全に塞ぐように吸引吸着された（吸着力の強い状態で吸引吸着された）微小ボールＢは、上述の気流により吹き飛ばされることは殆ど無い。一方、１つの吸引口２３に対して複数のボールが吸引された状態となっている余剰ボールは、吸引口２３を完全に塞ぐことなく、中途半端に吸引吸着されていることが多い。このため、余剰ボールは、上述の気流により容易に吹き飛ばされる。このように、浮遊空間Ｓ２に面するようにセットされた保持部２０の先端面２４に沿った気体の流れは、高い選択性を有した状態で、吸引口２３を完全に塞ぐように吸引吸着された微小ボールＢと、これ以外の余剰ボールとを分けることができる。

容器１０の内部Ｓに供給された窒素ガスは、容器１０の上壁１１の四方に配置された排出口（排気口）１３から排出される。この容器１０は、容器１０とカバー７０との間に、排気経路１４を備えている。排気口１３は、容器１０にセットされたヘッド２１の先端面２４の周りに位置するように、４つ設けられている。なお、排気口１３の配置および数は任意である。

図５に、排気口１３の近傍を縦断面図により示してある。図６に、排気口１３の近傍を横断面図により示してある。カバー７０は、容器１０の上壁１１の上側に設置されるものであり、容器の上壁１１の四隅の丸孔１５に対向する位置に丸孔７１が形成され、その丸孔７１にピン（円筒部材）１６が取り付けられている。したがって、容器１０の上にカバー７０を配置すると、カバー７０から突き出たピン１６が、容器１０の丸孔１５のそれぞれに挿入され、丸孔１５とピン１６とのクリアランスの部分が排出口１３として利用される。

図５および図６に示すように、四隅の排出口１３は、それぞれ、第１の直径Ｒ１を有する丸孔１５と、第１の直径Ｒ１よりも小さい第２の直径Ｒ２を有し、丸孔１５の内部に設置あるいは挿入されたピン１６とを含む。丸孔１５の第１の直径Ｒ１とピン１６の第２の直径Ｒ２との差は、公差を含めて微小ボールＢの直径Ｒ未満である。したがって、万一、ピン１６が丸孔１５の一方に偏り、ピン１６と丸孔１５とが接した状態になっても、最大で微小ボールＢの直径Ｒよりも狭い幅の隙間が形成されるだけである。したがって、丸孔１５の内周、すなわち、ピン１６の外周に沿って形成される隙間（スリット）１３の幅は、微小ボールＢの直径Ｒより狭くなり、微小ボールＢが排出口１３にはまり込んだり、排出口１３を通って流出することを防止できる。一方、このタイプの排出口１３は、丸孔１５の内周に沿って形成されるので、丸孔１５の径を適当に調整することにより開口面積を確保することが可能である。したがって、微小ボールＢを浮遊するために容器１０にブローされるガスを滞りなく排出するのに充分な開口面積の排出口１３を形成でき、排気経路１４にガスを排気できる。

したがって、微小ボールＢの直径Ｒおよび丸孔１５の直径Ｒ１とピン１６の直径Ｒ２との差（公差を含む、クリアランスＣが均等であれば、その２倍）Ｃtotalは、以下のような関係となるように設定されている。
Ｒ＞２×Ｃ＝Ｃtotal…（２）

丸孔１５の直径Ｒ１とピン１６の直径Ｒ２との差Ｃtotalが、微小ボールＢの直径Ｒ以上であると、丸孔１５とピン１６との組立て結果によっては、排気口１３を通って微小ボールＢが流出するおそれがある。このボールピックアップ装置１ａは、直径Ｒが１００μｍ程度の半田ボールＢを１個単位でピックアップするためのものである。したがって、丸孔１５の直径Ｒ１とピン１６の直径Ｒ２との差（公差を含む）Ｃtotalが１００μｍ未満、好ましくは、８０μｍ以下となるように設定されている。

次に、このボールピックアップ装置１ａを備えるボール搭載システム（リペア装置）９０ａの動作の一例について説明する。リペア装置９０ａは制御ユニット６０により操作される。制御ユニット６０は、ヘッド２１、移動装置３０、ガス供給装置４０、吸引装置５０などの動作を制御するものである。制御ユニット６０は、保持部２０の吸引口２３が、容器１０の開口１２を介し、浮遊空間Ｓ２に面し、かつ、容器１０の上壁１１の内面１１ａとほぼ一致するように、保持部２０を第１のポジションに前進させる機能と、ガス供給装置４０により容器１０の内部Ｓに気体（窒素ガス）を吹き出させることにより、容器１０の内部Ｓの気体を循環させ、浮遊空間Ｓ２にボールＢを浮遊させる機能とを含む。ガスブローすることにより、貯留空間Ｓ１に溜められていた複数の微小ボールＢを浮遊空間Ｓ２において強制的に浮遊させることができる。

制御ユニット６０は、さらに、管路２０ｂを介して容器１０の内部Ｓの気体を吸引し、その吸引力により、吸引口２３にボールＢを吸着させる（ピックアップする）機能を含む。これにより、浮遊空間Ｓ２に強制的に浮遊させた複数の微小ボールＢのうちから微小ボールＢを１個単位で吸引吸着できる。

さらに、制御ユニット６０は、ガス供給装置４０により容器１０の内部Ｓへの気体（窒素ガス）の吹き出しを停止し、浮遊空間Ｓ２におけるボールＢの浮遊を停止させる機能を含む。これにより、保持部２０の吸引口２３に吸引吸着されたボールＢを他のボールから選別できる。

さらに、制御ユニット６０は、保持部２０の先端部２０ａを後退させて、ボールＢを搬送する機能（保持部２０の先端部２０ａが容器１０の上壁１１の内面１１ａよりも容器１０の外界側に外れるように保持部２０を第２のポジションに後退させる機能）と、基板支持機構９２に支持された基板９１の上面９１ａの所望の場所に保持部２０によりピックアップされた微小ボールＢを搭載するためのポジションに搬送する機能とを含む。これらにより、基板９１にボールＢを搭載することができる。例えば、基板９１のボール搭載抜け位置にボールＢを搭載することができる。

図７に、リペア方法（ボールピックアップ方法、ボールピックアップ装置１ａの制御方法）の一例を説明するためのフローチャートを示してある。このリペア方法は、図７中の破線で囲まれたボールピックアップに関わるプロセス（ボールピックアップ方法、ステップ１０２からステップ１０６まで）１１０を含む。まず、ステップ１０１において、基板支持機構９２に支持されている基板９１のボール搭載状況を判断し、微小ボールＢの搭載抜けがある場合（微小ボールＢの搭載が必要である場合）には、その抜けの部分に微小ボールＢを搭載するためのリペア作業を開始する。なお、基板支持機構９２に支持されている基板９１のボール搭載状況の判断は、基板９１の上方に配置した検査用カメラなどを用いて行われる。また、ボール抜け位置に、個別にボールＢを搭載する前に、必要に応じてフラックスを塗布するなどの作業を含めてもよい。微小ボールＢの搭載抜けが無いあるいは無くなったら（微小ボールＢの搭載が不要である場合）、リペア作業を終了する。

次に、微小ボールＢを１個単位でピックアップする処理を実行する。ステップ１０２において、保持部２０を移動装置３０により動かし、図８に示すように、その先端部２０ａを、容器１０の上壁１１の開口１２を介し、浮遊空間Ｓ２に向けて進める。そして、先端面２４が、浮遊空間Ｓ２に露出した容器１０の上壁１１の内面１１ａと実質的に一致するように、保持部２０を第１のポジションにセットする。これにより、吸引口２３が浮遊空間Ｓ２に面する。なお、保持部２０の先端部２０ａを浮遊空間Ｓ２に臨む（面した）露出した面１１ａとほぼ（実質的に）一致させるとは、製品公差、駆動装置（移動装置）３０の誤差などは許容され、保持部２０の先端部２０ａを，露出した面１１ａと一致させる意図で移動した結果であれば、種々の状態を含むものである。

先端部２０ａが第１のポジションにセットされると、ステップ１０３において、吸引装置５０により保持部２０の先端部２０ａからガスの吸引を開始する。これと同時にまたは前後して、ガス供給装置４０により、容器１０の内部Ｓへ窒素ガスを吹き出させる。吹出ノズル４２から吹き出された窒素ガスは、図９に矢印で示すように、容器１０の内部Ｓを、内部Ｓに露出した内面１１ａおよび先端面２４に沿って流れる。保持部２０の先端部２０ａ付近を内面１１ａに沿って流れる気体の流速は、保持部２０の先端部２０ａに１個吸着保持されたはんだボールＢを吹き飛ばさない流速であり、且つ保持部２０の先端部２０ａに付着した余分なはんだボールＢを吹き飛ばす流速である。好ましい流速は、はんだボールＢが保持部２０に１個吸着される範囲の値である。具体的には、ボール径、吸引力、吹出ノズル４２の位置、吹出ノズル４２の個数や流速等のパラメータを変えて実験し求められる。このようなことから、保持部２０の先端部２０ａが、内面１１ａよりはんだボールＢの直径Ｒの数倍程度突出していても、保持部２０の先端部２０ａにはんだボールＢを１個確実に吸着保持できる。また、保持部２０の先端部２０ａが、内面１１ａよりはんだボールＢの半径程度窪んでいる場合も同様である。即ち、容器１０の側面１７ａから吹出す気体は、はんだボールＢを浮遊させる作用を有する他に、保持部２０の先端部２０ａに余分なはんだボールＢを吸着させない作用と、保持部２０の先端部２０ａに付着した余分なはんだボールＢを除去する作用とを有している。この窒素ガスは、排気口１３および排気経路１４を介して、容器１０の外部（容器１０の外界）に排出される。

このような窒素ガスの流れに起因して、図９に示すように、貯留空間Ｓ１に溜められていた複数の微小ボールＢは、浮遊空間Ｓ２に舞い上がり、浮遊する。吸引口２３が浮遊空間Ｓ２に対して負圧になっているため、ステップ１０４において、浮遊空間Ｓ２を浮遊している複数の微小ボールＢのうち、保持部２０の先端部２０ａ近傍に浮遊することになった微小ボールＢのうちの１つが吸引口２３に吸着される（ピックアップされる）。

なお、この過程の詳細な状況の解析は途上である。発明者らの実験によると、先端面２４の位置を、空間に露出する内面１１ａに一致させることにより、先端面２４の面積に関わらず、１個の微小ボールＢをほぼ確実にキャッチできる。また、容器１０の内部に気体をブローする際に、吹き出し口（吹出しノズル）４２を容器１０の下側に配置して貯留空間Ｓ１に直に気体をブローするよりは、吹き出し口（吹出しノズル）４２を容器１０の上側に配置してブローを行い、容器１０の内部Ｓの気圧の変化あるいは微小ボールＢに浮力を与えるようにして浮遊させた方がキャッチできる確率が高い。さらに、微小ボールＢの径Ｒあるいは重量などの条件により、最適なブロー量は若干変化するようであり、径が大きなボールをピックアップする際はブロー量を若干多くすることが好ましいと判断されている。

また、この段階で、保持部２０にボールＢが吸引吸着されているかどうかを判断してもよい。この判断は、例えば、管路２０ｂを流れる気体の流量により判断することが可能である。すなわち、保持部２０にボールが吸引吸着されると、ボールＢにより吸引口２３が塞がれるため、保持部２０にボールＢが吸引吸着されていないときと比べ、管路２０ｂを流れる気体の流量が小さくなる。

所定の時間、容器１０の内部Ｓへの窒素ガスの吹き出しを行った後、ステップ１０５において、容器１０の内部Ｓへの窒素ガスの吹き出しを停止する。図１０に示すように、保持部２０の先端部２０ａに微小ボールＢが吸着されて、それ以外の微小ボールＢは貯留空間Ｓ１に戻るので、１個の微小ボールＢを他のボールから選別してピックアップすることができる。

ステップ１０６において、保持部２０を移動装置３０により引き上げ、保持部２０の先端部２０ａが容器１０の上壁１１の内面１１ａから後退させた第２のポジションに移動させる。なお、現在のところ、発明者らの実験によると、保持部２０の先端部２０ａには、微小ボールＢが１個単位で吸着されている。万一、保持部２０の先端部２０ａに、複数の微小ボールＢが付着した場合に備えて、上壁１１の開口１２の端の寸法Ｄ１を適当な値にセットし、保持部２０の先端部２０ａが容器１０の上壁１１の開口１２を通過する際に不要なボール（余剰ボール）が削ぎ落とされるようにすることも有効である。

ステップ１０２〜１０６のボールをピックアップする処理１１０により、図１１に示すように、保持部２０の先端部２０ａに微小ボールＢが１個単位で吸着された状態で、この微小ボールＢを、他の微小ボールＢとは分けて、保持部２０と共に上壁１１の開口１２よりも上方に引き上げることができる。したがって、微小ボールＢを１個単位で基板９１に搭載できる。

ステップ１０７において、保持部２０を、その先端部２０ａが容器１０の上壁１１の内面１１ａよりもこの容器１０の外界側に外れる第２のポジションから、基板支持機構９２に支持された基板９１の上であって、基板９１の上面９１ａの所望の場所に微小ボールＢを搭載可能なポジションに移動させる。ステップ１０８において、保持部２０の吸引を停止する。これにより、保持部２０の先端部２０ａに１個単位で吸着されていた微小ボールＢが基板９１の上面９１ａの所望の位置に搭載（マウント）される。ステップ１０１に戻って、上記の処理を繰り返す。

このように、本例のボールピックアップ装置１ａは、１個の微小ボールＢをピックアップするヘッド２１と、ボールＢを貯留する容器１０とを含む。ヘッド２１には、ボールＢを吸引保持する吸着孔（吸引口）２３がその先端面２４に設けられている。また、容器１０は、気体を吹出す気体吹出口４２が内部Ｓの側面１７ａに、そしてヘッド２１の先端部２０ａがその上面１１ａに、配設される構造となっている。ヘッド２１の先端部２０ａと容器１０の内部Ｓの上面１１ａはほぼ同じ高さである。ボールＢは、気体吹出口４２から吹出した気体によって容器１０内を浮遊し、ヘッド２１の吸着孔２３に吸引保持される。吸着孔２３の吸引力等によりその周りに付着した余分なボールＢは、気体により吹き飛ばされる等して除去される。ボールＢを吸引保持したヘッド２１は、ボールＢを搭載すべき箇所へ移動し、吸引保持したボールＢを基板９１の所定位置に搭載する。

以上のように、本例のボールピックアップ装置１ａは、微小ボールＢが浮遊可能な浮遊空間Ｓ２と、その浮遊空間Ｓ２に臨む（面した）露出面（容器１０の上壁１１の内面）１１ａと、保持部２０とを備えており、この保持部２０は、微小ボールＢを１個単位で吸引保持可能な先端部２０ａを浮遊空間Ｓ２に向けて露出面１１ａとほぼ一致するようにセット可能となっている。このため、余剰ボールを保持部２０からすり切る機構を用いることなく、微小ボールＢを１個単位で良好にピックアップすることができる。したがって、ピックアップ装置１ａの構成を簡易にでき、さらに微小ボールＢの損傷を最小限に止めることができ、すり切る機構の精度などに依存することなく確実に微小ボールを１個単位でピックアップできる。

また、このボールピックアップ装置１ａによれば、内部Ｓに、微小ボールＢを溜める貯留空間Ｓ１と、その上に形成される浮遊空間Ｓ２とを備え、上部（上壁）１１に開口１２が設けられた容器１０を有している。そして、保持部２０の先端面２４は、容器１０の上部１１に設けられた開口１２を介し、浮遊空間Ｓ２に向けて容器１０の上部１１の露出面１１ａとほぼ一致するようにセット可能である。したがって、貯留空間Ｓ１に溜められた微小ボールＢを、この貯留空間Ｓ１の上に形成される浮遊空間Ｓ２に舞い上がらせた状態で、保持部２０の先端部２０ａに微小ボールＢを吸着させることができる。したがって、微小ボールＢを１個単位でより良好にピックアップすることができる。

このボールピックアップ装置１ａにおいては、露出した面は、浮遊空間に臨む面であれば、容器１０の上壁１１の内面１１ａに限定されるものではない。また、露出した面は、必ずしも、フラットで平坦な壁面でなくてもよい。すなわち、浮遊空間Ｓ２にドーム状の部材が面しているような構成では、露出面は、ドーム状の部材の内面１１ａ（湾曲面）であってもよい。

強制的に浮遊させるためのガスを容器１０の内部Ｓに供給するシステムであると、保持部の吸引能力とは独立に、貯留空間Ｓ１に貯留されている微小ボールＢを、浮遊空間Ｓ２において容器１０の上部１１の露出した面１１ａの近傍まで良好に舞い上がらせることができ、保持部の吸引能力を、微小ボールを保持し、所望の場所で適切に離脱させるのに適したものにすることができる。ガスを使用した浮遊方法は、適当な時間だけ微小ボールを浮遊させるのに適している。また、ガスを使用した浮遊方法を用いると、静電気などの、ピックアップしたボールを基板に搭載したりする際に障害となりやすい条件を除去する装置を省略できる。

ボールピックアップ装置１ａにより１個単位で選別された微小ボールは、リペア目的ではなく、基板に導電性ボールを搭載するために利用しても良い。その他に、液晶ディスプレイを製造する際のスペーサ用のボールを搭載するため、微小ボールを用いた微細構造を含む製品を製造するためなどに、ピックアップ装置は適用可能である。

図１２に、ボール搭載システム（ボール搭載装置）の他の例を側面図により示している。図１３に、図１２のボール搭載システムに含まれるボールピックアップ装置の一例を縦断面図により示している。図１４に、図１３中のXIV-XIV線に沿って切断した断面図を示している。

半導体ウエハ９１は、規則的に配置された複数の半導体チップから構成されている。このため、半導体ウエハ９１に複数の導電性微小ボール（例えば、半田ボール）Ｂを初期搭載する際は、１つあるいは複数の半導体チップに対応した、基板の複数の所定の位置に、複数の微小ボールＢを一度に搭載することができれば都合がよい。このボール搭載装置（ボール搭載システム）９０ｂは、１つあるいは複数の半導体チップの電極パターンに対応するように吸引吸着された複数の微小ボールＢを、半導体ウエハ９１の搭載面である上面９１ａに搭載するための装置である。なお、本例においても、基板９１は、半導体ウエハに限定されるものではなく、板状の印刷回路ボードや、テープ状のＣＯＦ（Chip on Film）などであってもよい。

ボール搭載装置９０ｂは、ボールピックアップ装置１ｂと、基板（ワークピース）９１を支持する基板支持機構９２とを有している。このボール搭載装置９０ｂは、例えば、８インチあるいは１２インチ程度の半導体ウエハを基板９１として、この半導体ウエハ９１の搭載面である上面９１ａに、複数の微小ボールＢを、一連の処理（アクション）にて同時に搭載することが可能な装置である。

図１３および図１４に示すように、ボールピックアップ装置１ｂは、容器１０と、先端部２０ａに微小ボールＢを１個単位で複数個、吸引保持可能な保持部２０を有するヘッド２１と、容器１０と基板支持機構９２との間において保持部２０を移動させるための移動装置３０と、微小ボールＢを浮遊させるための気体を容器１０の内部に供給するガス供給装置４０と、容器１０の内部の気体を吸引することで保持部２０の先端部２０ａに吸引力を与えるための吸引装置５０と、これらの装置を制御するための制御部６０とを備えている。

ヘッド２１は、微小ボールＢを１個単位で吸引保持するための吸引口２３を複数含む先端部２０ａを有する保持部２０を有する。したがって、微小ボールＢは１個単位で、複数の吸引口２３のそれぞれに保持されるので、微小ボールＢを複数個同時に吸引保持可能である。保持部２０は、容器１０の開口１２に先端部２０ａをセットすることにより、複数の吸引口２３が浮遊空間Ｓ２に面するようになっている。

詳しくは、先端部２０ａは、先端面２４を含み、その先端面２４に、微小ボールを１個単位で吸引保持可能な複数の吸引口２３が所定のパターンで配置されている。本例では、先端面２４には、１つの半導体チップの電極位置と対応するように、複数の吸引口２３が、４×５、計２０個、グリッド状に配置されている。

ガス供給装置４０のガス供給部４１からは、供給管４３により気体、例えば、窒素ガスが供給される。容器１０は、側面１７ａの上部に、水平方向に配置された複数の吹出ノズル４２を備えており、これらの吹出ノズル４２は、ガス供給管４３とヘッダー４４を介して接続され、複数の吹出ノズル４２からほぼ均一な速度で窒素ガスが容器１０の内部空間Ｓへ吹出される。

排気口１３は、吹出ノズル４２側とは反対側に、２×５、計１０箇所に設けられている。吹出ノズル４２から吹き出されたガスは、保持部２０の先端面２４に沿って流れ、その後、保持部２０に対して吹出ノズル４２側とは反対側に設けられた各排気口１３から排気経路１４に向かって流れる。なお、本例においても、排気口１３の配置および数は任意であるが、容器１０の開口１２を介し、浮遊空間Ｓ２に面するようにセットされた先端面２４に沿った気体の流れを良好に形成するためには、排気口１３は、吹出ノズル４２側とは反対側に設けることが好ましい。他の構成は、第１の実施形態と同様であるため、図面に同符号を付して重複する説明は省略する。

図１５に、ボール搭載方法（ボールピックアップ装置１ｂの制御方法）の一例を説明するためのフローチャートを示してある。まず、基板支持機構９２に基板９１をセットし、ステップ３０１において、基板９１に微小ボールＢを搭載する必要がある場合には、ボール搭載作業を開始する。

次に、微小ボールＢのピックアップする処理１１０を実行する。この処理１１０は、第１の実施形態と同様であり、保持部２０に複数の吸引口２３にそれぞれボールＢが吸引吸着される。すなわち、保持部２０には、複数のボールＢがピックアップされ、それらが複数の吸引口２３のパターンにしたがってグリッド状に保持される。

ステップ３０２において、保持部２０を、その先端部２０ａが容器１０の上壁１１の内面１１ａよりもこの容器１０の外界側に外れる第２のポジションから、基板支持機構９２に支持された基板９１の上であって、基板９１の上面９１ａの所望の場所に微小ボールＢを搭載可能なポジションに移動させる。ステップ３０３において、保持部２０の吸引を停止する。これにより、保持部２０の先端部２０ａにグリッド状に保持されていた微小ボールＢが、基板９１の上面９１ａの、１つの半導体チップに対応する所望の位置に搭載（マウント）される。さらに基板９１の上面９１ａに微小ボールＢをマウントする必要がある半導体チップのパターンがあれば、ステップ３０１に戻って、上記の処理を繰り返す。基板９１に対する微小ボールＢの搭載が終了した場合、すなわち、微小ボールＢの搭載が不要となった場合に、ボール搭載作業を終了する。

本例のボール搭載装置９０ｂおよびボールピックアップ装置１ｂによれば、複数の微小ボールＢをピックアップすることができる。本例のボール搭載装置９０ｂおよびボールピックアップ装置１ｂは、複数のボールＢを、１つの半導体チップに対応するように、基板９１の上面９１ａに、所望の位置に搭載（マウント）する際に好適である。

図１６に、ボールピックアップ装置の他の例を縦断面図により示してある。図１７に、図１６中のXVII-XVII線に沿って切断した断面図を示してある。

このボールピックアップ装置１ｃは、保持部２０の先端面２４の１つの矩形状の範囲に、複数の吸引口２３が複数の共通したパターンで配置されている。したがって、このボールピックアップ装置１ｃは、複数の半導体チップを形成するための基板９１に多数の微小ボールＢを搭載するためのシステムに適している。例えば、先端面２４の配置は、１枚の矩形状の基板９１の電極パターンに対応しており、保持部２０に吸引吸着された複数の微小ボールＢを、基板（半導体ウエハ）９１の搭載面である上面９１ａに搭載する際に好適である。なお、本例においても、基板９１は、半導体ウエハに限定されるものではなく、板状の印刷回路ボードや、テープ状のＣＯＦ（Chip on Film）などであってもよい。

詳しくは、先端部２０ａは、先端面２４を含み、その先端面２４に、微小ボールを、１個単位でそれぞれ吸引保持可能な複数の吸引口２３が所定のパターンで配置されている。本例では、先端面２４には、複数の半導体チップの電極位置と対応するように、複数の吸引口２３が、３×３、計９個を１セットとして、グリッド状に配置されている。さらに、これらが、互いに並ぶように配置された１８個の半導体チップと対応するように、３×６、計１８セット並んで配置されている。容器１０の開口１２に先端部２０ａをセットすることにより、複数の吸引口２３が浮遊空間Ｓ２に面する。したがって、保持部２０には、微小ボールＢが１個単位で複数個同時に、複数の吸引口２３のパターンで吸引保持される。

このボールピックアップ装置１ｃは、２つのガス供給装置４０を備え、それぞれの供給管４３を介して容器１０に対して、対向する２箇所から気体を供給するようになっている。これらの供給管４３は、容器１０の水平方向に延びたバッファ４６を介して、容器１０の側面１７ａの上部に水平に設けられたスリット状の気体吹出しノズル４２に繋がる。バッファ４６は、内部の静圧がほぼ一定になるような適当な容量を備えており、水平方向に延びたスリット状の吹出ノズル４２から容器１０の内部Ｓの浮遊空間Ｓ２に対してほぼ均一な速度で気体が吹き出される。また、容器１０の内部Ｓには、容器１０の内部Ｓを部分的に上下に分割するように、整流板８０が設けられている。

このボールピックアップ装置１ｃでは、吹出ノズル４２を介して、容器１０の内部に吹き出された気体は、浮遊空間Ｓ２に面するようにセットされた保持部２０の先端面２４に沿った気体の流れとなる。そして、先端面２４に対して吹出ノズル４２と反対側の排気口１３から排出されることにより、先端面２４に沿った、ほぼ均一な速度の気体の流れが形成される。先端面２４に沿ったこの気流は、上述したように、微小ボールＢが浮遊し、さらに、１つの吸引口２３が１つの微小ボールＢを吸着し、保持するために重要な役割を果たす。整流板８０は、浮遊空間Ｓ２に面するようにセットされた保持部２０の先端面２４と対向するように配置されており、上記のような気流を形成するための補助的な機能を果たす。なお、このボールピックアップ装置１ｃにおいて、排気口の数、形状、配置は、これに限定されるものではない。

本例のボールピックアップ装置１ｃは、ボールピックアップ装置１ｂと置換して、図１２に示したボール搭載装置９０ｂに含めることができる。本例のボールピックアップ装置１ｃは、複数のボールＢを、複数の半導体チップに対応するように、基板９１の上面９１ａに、所望の位置に搭載（マウント）する搭載システムに好適である。

また、上述したボールピックアップ装置１ａと、ボールピックアップ装置１ｂまたは１ｃとを含む搭載システムも本発明の形態の１つに含まれる。さらに、上述したボールピックアップ装置１ａ、１ｂおよび１ｃのヘッド２１を置換したり、ヘッド２１の保持部２０または先端部２０ａのみを置換したりすることができる構成を含む搭載システムも本発明の形態の１つに含まれる。このような搭載システムにおいては、ボールピックアップ装置１ｂまたは１ｃの形態により、多数の微小ボールＢを基板９１に初期搭載し、その後、ボールピックアップ装置１ａの形態に変更することにより、配置ミスが発見された箇所に１個単位で微小ボールＢを搭載できる。

ボールピックアップ装置１ａ、１ｂおよび１ｃにおいて、容器１０から気体を排出するための排出口１３は、上記に限定されない。例えば、容器１０内の気体は、メッシュなどの微小ボールが通過しない多孔部材を介して排出しても良い。第１の直径Ｒ１となる部分を含む孔１５と、第１の直径Ｒ１となる部分と対向する部分であって、第１の直径Ｒ１よりも小さい第２の直径Ｒ２となる部分を含む部材１６との組み合わせによる排出口１３は、穴１５の内側に沿って、連続した開口を形成できるので、メッシュなどに比べると開口面積を確保し易い。

また、ボールピックアップ装置１ａおよび１ｂでは、第１の直径Ｒ１を有する丸孔１５と、第１の直径Ｒ１よりも小さい第２の直径Ｒ２を有し、丸孔１５の内部に設置された（挿入された）円筒部材１６とによって、排出口（排気口）１３を構成しているが、排出口（排気口）は、第１の直径となる部分を含む孔と、第１の直径となる部分と対向する部分であって、第１の直径よりも小さい第２の直径となる部分を含み、孔の内部に設置された（挿入された）部材とを有したものであれば良い。

すなわち、排出口（排気口）の構成は、丸孔と円筒部材の組み合わせに限定されるものではなく、例えば、容器の内側に向かって径が小さくなるような円錐台形状の空間を形成する孔と、この孔に挿入可能な円錐台形状の部材とを含む排出口（排気口）であっても良く、円柱状の孔と、太鼓のように中央が膨らんだ挿入部材との組み合わせであっても良い。

いずれの場合においても、孔と部材との間の最も近接している部分のクリアランスが、排出口（排気口）からの排出量を決定する。したがって、第１の直径となる部分を含む孔と、第１の直径となる部分と対向する部分であって、第１の直径よりも小さい第２の直径となる部分とのクリアランスを制御することによって、排出口（排気口）から排出されるガスの量を決定することができる。

さらに、排出口（排気口）１３は、容器１０の上壁１１ではなく、周壁１７などに設けてもよい。また、排出口（排気口）は、開口（孔）のみによって形成してもよい。

また、保持部と容器との位置を変更するための移動装置は、容器と保持部との相対位置を変化させるものであればよい。したがって、移動手段は、保持部のみならず、容器を移動するものであっても良く、双方を移動するものであっても良い。また、容器と保持部との位置を決める移動装置は、そのような動きを行なう専用の装置でも良く、上記例のようにボール搭載のためのボール搬送手段と兼用されていても良い。さらに、保持部の移動を手動で行なうものであっても良い。

ボールピックアップ装置１ａ、１ｂおよび１ｃやボール搭載システム９０ａおよび９０ｂの制御は、制御ユニット６０において、プログラムにより制御されているが、そのような制御用のプログラム（プログラム製品）は、ＲＯＭなどの適当な記録媒体に記録して提供することもできる。

本発明の第１の実施形態にかかるボール搭載装置（リペア装置）を示す側面図。 図１のボール搭載装置が備えるボールピックアップ装置の一例を示す平面図。 図２のボールピックアップ装置において、保持部の先端部を容器の上壁（上部）の内面（露出面）に合わせた状態を、当該保持部の先端近傍を拡大して示す断面図。 図２のボールピックアップ装置において、保持部を引き上げている途中の状態を、当該保持部の先端近傍を拡大して示す断面図。 排気口の近傍を示す縦断面図。 排気口の近傍を示す横断面図。 ボールピックアップ方法を含むリペア方法の一例を説明するためのフローチャート。 図２に示したボールピックアップ装置の一部を、保持部の先端を容器の上壁（上部）の内面（露出面）に合わせた状態で示す断面図。 図２に示したボールピックアップ装置の一部を、図８に続き、ガスの吹き出しを開始した状態で示す断面図。 図２に示したボールピックアップ装置の一部を、図９に続き、ガスの吹き出しを停止した状態で示す断面図。 図２に示したボールピックアップ装置の一部を、図１０に続き、保持部を引き上げている途中の状態で示す断面図。 本発明の第２の実施形態にかかるボール搭載装置を示す側面図。 図１２のボール搭載装置が備えるボールピックアップ装置の一例を示す縦断面図。 図１３中のXIV-XIV線に沿って切断して示す断面図。 ボールピックアップ方法を含むボール搭載方法の一例を説明するためのフローチャート。 図１２のボール搭載装置が備えるボールピックアップ装置の他の例を示す縦断面図。 図１６中のXVII-XVII線に沿って切断して示す断面図。

符号の説明

１ａ、１ｂ、１ｃ ボールピックアップ装置、 １０ 容器
１１ 上壁（上部）、 １１ａ 上壁の内面（上部の露出面）
１２ 開口、 １３ 排出口（排気口）
１５ 丸孔（孔）、 １６ ピン（部材）
２０ 保持部、 ２０ａ （保持部の）先端部
２３ 吸引口、 ２４ 先端面
３０ 移動装置（移動手段）
４０ ガス供給装置（気体供給手段）、 ４２ 吹出ノズル
９０ａ リペア装置（ボール搭載システム）
９０ｂ ボール搭載装置（ボール搭載システム）
９１ 半導体ウエハ（基板）
９２ 基板支持機構、 Ｂ 微小ボール

Claims (15)

1. 少なくとも１つの微小ボールをピックアップするための保持部を有する装置であって、
   複数の微小ボールを溜めるための貯留空間と、この貯留空間の上で、複数の微小ボールが浮遊可能な浮遊空間とを内部に含むための容器であって、さらに、前記浮遊空間に対して上方からアクセスするための開口を含む容器と、
   前記容器の内部に側方から気体を供給することにより、前記浮遊空間に複数の微小ボールを浮遊させるための気体供給手段とをさらに有し、
   前記保持部は、微小ボールを１個単位で吸引保持可能な吸引口を含む先端部を備え、前記開口に前記先端部をセットすることにより、前記吸引口が前記浮遊空間に面する、装置。
2. 請求項１において、前記容器は、前記浮遊空間に露出した面を含み、
   前記先端部は、前記吸引口が配置された先端面を含み、
   前記保持部は、前記先端面が、前記露出した面とほぼ一致するように、セット可能である、装置。
3. 請求項１において、前記先端部は、先端面を含み、その先端面に、複数の前記吸引口が所定のパターンで配置されている、装置。
4. 請求項３において、前記先端面に、前記複数の吸引口がグリッド状に配置されている、装置。
5. 請求項３において、前記気体供給手段は、前記開口を介し、前記浮遊空間に面するようにセットされた前記先端面に沿った気体の流れを形成するように、前記容器の内部に気体を吹き出すための吹出ノズルを備えている、装置。
6. 請求項１において、前記気体供給手段は、前記容器の側部の上半分部の範囲にセットされた吹出ノズルを備えている、装置。
7. 請求項６において、前記容器の内部を部分的に上下に分割するように設けられた整流板をさらに有する、装置。
8. 請求項１において、前記吸引口が、前記開口を介し、前記浮遊空間に面するように前記容器にセットされる第１のポジションと、前記吸引口が、前記容器から外れる第２のポジションとの間で、前記容器および／または前記保持部を移動可能な移動手段をさらに有する、装置。
9. 請求項１において、前記容器の上部に、この容器の内部から気体を排出するための口が設けられている、装置。
10. 請求項９において、前記排出するための口は、
    第１の直径となる部分を含む孔と、
    前記第１の直径となる部分と対向する部分であって、前記第１の直径よりも小さい第２の直径となる部分を含み、前記孔に挿入された部材とを含んでおり、
    前記第１の直径と第２の直径との差は、公差を含めて微小ボールの直径未満である、装置。
11. 少なくとも１つの微小ボールをピックアップするための保持部を有する装置であって、
    複数の微小ボールを溜めるための貯留空間と、この貯留空間の上で、複数の微小ボールが浮遊可能な浮遊空間とを内部に含むための容器であって、さらに、前記浮遊空間に対して上方からアクセスするための開口を含む容器と、
    前記容器の内部に側方から気体を供給することにより、前記浮遊空間に複数の微小ボールを浮遊させるための気体供給手段とをさらに有し、
    前記保持部は、吸引口を含む先端部を備え、前記吸引口の直径は微小ボールの直径より小さく、さらに、前記開口に前記先端部をセットすることにより、前記吸引口が前記浮遊空間に面する、装置。
12. 請求項１１において、前記先端部は、先端面を含み、その先端面に、複数の前記吸引口が所定のパターンで配置されている、装置。
13. 請求項１ないし１２のいずれかに記載の装置と、
    基板を支持する基板支持機構とを有し、
    前記保持部に保持された微小ボールを前記基板に搭載可能なボール搭載システム。
14. 微小ボールをピックアップするための装置の制御方法であって、
    前記装置は、
    複数の微小ボールを溜めるための貯留空間と、この貯留空間の上で、複数の微小ボールが浮遊可能な浮遊空間とを内部に含むための容器であって、さらに、前記浮遊空間に対して上方からアクセスするための開口を含む容器と、
    微小ボールを１個単位で吸引保持可能な吸引口を含む先端部を有する保持部であって、前記開口に前記先端部をセットすることにより、前記吸引口が前記浮遊空間に面する保持部と、
    前記容器の内部に側方から気体を供給することにより前記浮遊空間に複数の微小ボールを浮遊させるための気体供給手段とを有し、
    当該制御方法は、
    前記保持部の前記先端部を、前記吸引口が、前記開口を介し、前記浮遊空間に面するように前進させることと、
    前記気体供給手段により、前記容器の内部に気体を吹き出させることで、微小ボールを前記浮遊空間において浮遊させることと、
    前記吸引口に、微小ボールを吸引吸着させることと、
    前記浮遊空間における複数の微小ボールの浮遊を止めることと、
    前記保持部の前記先端部を後退させて、ピックアップされた微小ボールを搬送することを含む、装置の制御方法。
15. 複数の微小ボールを溜めるための貯留空間と、この貯留空間の上で、複数の微小ボールが浮遊可能な浮遊空間とを内部に含むための容器であって、さらに、前記浮遊空間に対して上方からアクセスするための開口を含む容器と、
    微小ボールを１個単位で吸引保持可能な吸引口を含む先端部を有する保持部とを用いて、微小ボールをピックアップする方法であって、
    この方法は、
    前記保持部の前記先端部を前記開口にセットし、前記吸引口が前記浮遊空間に面するようにすることと、
    前記容器の内部に気体を吹き出させることにより、微小ボールを前記浮遊空間において浮遊させることと、
    前記吸引口を前記浮遊空間に対して負圧にすることにより、微小ボールを吸引口に吸着させることと、
    前記気体の吹き出しを止めることと、
    前記保持部の前記先端部を後退させて、ピックアップされた微小ボールを搬送することとを含む、方法。

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