JP2009071332A

JP2009071332A - 導電性ボールを搭載するための装置

Info

Publication number: JP2009071332A
Application number: JP2008318153A
Authority: JP
Inventors: Toru Nehashi; 徹根橋; Shigeaki Kawakami; 茂明川上
Original assignee: Athlete FA Corp
Current assignee: Athlete FA Corp
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2009-04-02

Abstract

【課題】半導体デバイスあるいは光学デバイスの実装において使用される、半田ボール、金ボール、または銅ボールなどの微小粒子をウェハなどのワークに対して所望のパターンに従って精度良く、そして、高い信頼性で配列された導電性ボールを備えたワークを歩留まり良く製造できる装置を提供する。
【解決手段】ワーク１０の上に導電性ボールを配置するボールマウンタ１は、ワーク１０を搭載してＸ方向に搬送するテーブル２３と、テーブル２３が移動するＸ方向に沿って配置された印刷ユニット２６およびボール搭載ユニット２７とを有する。印刷ユニット２６は、印刷用のマスクを介してテーブル２３に搭載されたワーク１０にフラックスを印刷し、ボール搭載ユニット２７は、ボール搭載用のマスクを介してテーブル２３に搭載されたワーク１０に導電性ボールを配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直径が１ｍｍ程度以下の微小な粒子を所定の位置に配置するための装置および方法に関し、特に、集積回路装置、表示パネルなどの半導体デバイスあるいは光学デバイスの実装などに用いられる導電性の微小粒子を配置するのに好適な装置および方法に関するものである。

ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）を始めとする半導体デバイスあるいは光学デバイスを実装する際に、電気的な接続を得るために半田あるいは他の導電性金属、さらには金属をコーティングした微小粒子を所望のパターンになるように配置したパッケージあるいは基板などが用いられている。微小粒子を所望のパターンに配置する方法として、特開平９−１４８３３２号公報に開示されているように、振込み用の開口が開いたマスクの上で振込み用の微小粒子をスキージ（squeegee）と称されるブラシ状の移動手段により移動させながら所望の位置に微小粒子を配置する方法が知られている。
特開平９−１４８３３２号公報

ワークには、導電性ボールが配置される位置に予めフラックスなどの導電性ボールと結合させる素材が塗布されていることが多い。フラックスの場合は、導電性ボールを配置した後にリフローすることにより導電性ボールを固定できる。マスクの開口パターンに充填された導電性ボールが、なんらかの要因によりフラックスと密着していない場合、マスクを外すときに導電性ボールがマスク側に着いて外れたり、フラックスからずれ落ちたりする可能性がある。したがって、導電性ボールがフラックスに密着したワークを歩留まり良く製造できる装置を提供する。

本発明の一態様は、ワークの上に導電性ボールを配置する装置であって、ワークを搭載して第１の方向に搬送するテーブルと、テーブルが移動する第１の方向に沿って配置された印刷ユニットおよびボール搭載ユニットとを有する装置を提供する。印刷ユニットは、印刷用のマスクを介して前記テーブルに搭載されたワークにフラックスを印刷し、ボール搭載ユニットは、ボール搭載用のマスクを介して前記テーブルに搭載されたワークに導電性ボールを配置する。

半導体デバイスあるいは光学デバイスの実装において使用される、半田ボール、金ボール、または銅ボールなどの微小粒子をウェハなどのワークに対して所望のパターンに従って精度良く、そして、高い信頼性で配列された導電性ボールを備えたワークを歩留まり良く製造できる。

以下に、図面を参照して、本発明についてさらに説明する。図１に、本発明に係る微小粒子の配置装置（マイクロボールマウンタ、以降においてはボールマウンタ）の概略構成を平面図により示してある。図２に、ボールマウンタ１の概略を側面図により示してある。このボールマウンタ１は、たとえば、８インチまたは１２インチ半導体ウェハ１０をワークとして、そのワークの所定の位置に精度良く半田ボールなどの微小粒子を実装することができる。このボールマウンタ１は、ウェハストッカ３１から供給されたウェハ１０を移動させて、反り矯正した後、フラックスを印刷処理し、さらに、半田ボールの充填処理を行い、充填後のウェハ１０を別のウェハストッカ３２に収納するといった一連の処理を全自動で行うものである。

このボールマウンタ１は、大きく分けて、ウェハ１０の供給および収納を行うローダ／アンローダ区画２１と、ローダ／アンローダ区画２１から供給されたウェハ１０をＸＹＺθテーブル２３に搭載し、このテーブル２３を搬送方向Ｘに移動させながらフラックス印刷およびボール（微小粒子）の搭載を行うマウント区画２２とを有している。マウント区画２２は、ローダ／アンローダ区画２１から供給されたウェハ１０の反りを矯正する反り矯正ユニット２５と、反り矯正されたウェハ１０にフラックスを印刷するスクリーン印刷ユニット２６と、フラックスが印刷されたウェハ１０にボール（微小粒子）を搭載するボール搭載ユニット２７とを備えており、これらが搬送方向Ｘに順番に並んで配置されている。

図３に、ボールマウンタ１により実行される作業の流れの概略をブロック図により示してある。以下では、この作業の流れ（ステップＳ１からＳ１１）に沿って、各部の構成および動作について説明する。まず、ローダ／アンローダ区画２１は、供給用ストッカ３１から供給されたウェハ１０をプリアライメントするプリアライメント部３３と、供給用ウェハストッカ３１からのウェハ１０の取り出し、収納用ストッカ３２へのウェハ１０の格納、プリアライメント部３３へのウェハ１０の搬送・回収、マウント区画２２のテーブル２３へのウェハ１０の搬送・回収などを行う搬送ロボット３４とを備えている。搬送ロボット３４は、供給用ストッカ３１から１枚のウェハ１０を引き出す。図４に示すように、引き出されたウェハ１０は搬送ロボット３４によりプリアライメント部（プリアライナ）３３に供給され、プリアライナ３３は、ＸＹ方向に±０．２ｍｍ、角度（θ）が±０．２°程度の精度でウェハ１０を位置決めする（ステップＳ１）。プリアライメントされたウェハ１０は搬送ロボット３４によりマウント区画２２のテーブル２３に供給される（ステップＳ２）。

次に、図５に示すように、反り矯正ユニット２５において、テーブル２３に供給されたウェハ１０の反りを修正する（ステップＳ３）。反り矯正ユニット２５においては、テーブル２３の上に置かれたウェハ１０を、テーブル２３の下側から真空吸着して保持することにより、水平度の高い状態に維持されているテーブル２３にウェハ１０を密着させて、ウェハ１０の反りを矯正する。以降の工程においては、ウェハ１０はテーブル２３と共に移動し、テーブル２３に密着した水平な平坦な状態で維持される。

次に、図６〜図９に示すように、スクリーン印刷ユニット２６において、微小粒子である半田ボールを搭載するフラックスをウェハ１０に印刷する。先ず、図６に示すように、印刷ユニット２６では、テーブル２３に搭載された状態で搬送されてきたウェハ１０のパターンを、認識カメラ２６ａにより認識し、画像処理により印刷用マスク３７とウェハ１０をアライメントする（ステップＳ４）。なお、印刷用マスク３７は、マスクの交換時に、スクリーン印刷ユニット２６において認識カメラ２６ａを用いて認識し、予め画像処理することにより、アライメントする際に、ウェハ１０の所定の位置にマスクパターンが配置されるように前処理されている。

次に、フラックスを印刷する（ステップＳ５）。図７に示すように、印刷用マスク３７の上にフラックスを塗布する。さらに、図８に示すように、印刷用のスキージ２６ｂにより印刷用マスク３７をウェハ１０に押し付けるようにしてフラックス１１をウェハ１０に塗布する。印刷用マスク３７は、ウェハ１０との間に所定のギャップを開けてアライメントされており、スキージ２６ｂを、マスク３７を押し下げるように水平方向（Ｘ方向またはＹ方向）に移動する。これにより、スキージ２６ｂで押し下げられたマスク３７だけがウェハ１０に接した状態となり、マスク３７の開口パターン３７ａを介してフラックス１１がウェハ１０に塗布される。したがって、図９に示すように、ウェハ１０にマスク３７を密着させずに、マスク３７の開口パターン３７ａに基づいた位置および形状で、ウェハ１０の所望の位置にフラックス１１を印刷できる。

スクリーン印刷ユニット２６は、印刷用マスク３７をクリーニングする機構３６を備えており、１つのウェハ１０に対してフラックスの印刷が終了する毎、あるいはマスククリーニングが必要と判断されたときに、マスククリーニングを行なう（ステップＳ６）。クリーニング機構３６により、印刷用マスク３７に付着しているフラックスを除去することにより、フラックス１１の印刷精度を維持することができる。フラックス印刷が終了したウェハ１０は、テーブル２３と共にボール搭載ユニット２７に移動する。

図１に示すように、本例のボール搭載ユニット２７は、ボール充填部２８とマスククリーニング部２９とを備えている。ボール充填部２８においては、充填用ヘッド４１により充填用マスク４５の開口パターン４６に微小粒子である半田ボール４８を充填し（ステップＳ８（第１の工程））、続いて、マスク４５をウェハ１０から外す前に、除去用ヘッド４２によってマスク４５に残存している半田ボール４８を除去する（ステップＳ９（第２の工程））。さらに、マスク４５をウェハ１０から外した後に、マスククリーニング部２９において、クリーニング用ヘッド８０によりマスク４５の裏面に残存している可能性のある半田ボールを除去する（ステップＳ１０（クリーニング工程））。

これらの工程の前に、まず、ボール搭載ユニット２７においては、上述した印刷ユニット２６と同じ構成により、充填用マスク４５とウェハ１０を、画像処理によりアライメントする（ステップＳ７）。なお、充填用マスク４５も、印刷用マスクと同様に、マスクの交換時に、ボール搭載ユニット２７において認識カメラを用いて認識し、予め画像処理することにより、マスク自身はユニット２７に対してアライメントされている。

図１０に、ボール搭載ユニット２７のボール充填部２８の概略構成を平面図により示してある。ボール充填部２８は、充填用のヘッド４１と、充填用ヘッド４１を支持するキャリッジ６２と、キャリッジ６２を支持するキャリッジシャフト６３とを備えている。キャリッジ６２は、充填用ヘッド４１を支持するアーム６２ａを伸縮させることにより、充填用ヘッド４１をＹ方向に移動することができる。また、キャリッジ６２は、キャリッジシャフト６３に沿ってＸ方向に移動することができ、このシステムにより充填用ヘッド４１をボール充填部２８のＸ−Ｙ方向の任意の位置に移動することができる。したがって、充填用ヘッド４１を、ＸＹ平面において、直線的に、あるいは円を描くように、さらには、楕円を描くように移動させることができる。

さらに、ボール充填部２８は、残ボール除去用のヘッド４２と、除去用ヘッド４２を支持するキャリッジ６５と、キャリッジ６５を支持するキャリッジシャフト６４とを備えている。本例の除去用ヘッド４２は、充填用マスク４５の直径と同等あるいはそれ以上の長さのＹ方向に延びた形状のヘッドであり、除去用ヘッド４２をキャリッジ６５によりＹ方向に動かすことにより、除去用ヘッド４２が充填用マスク４５の全面を移動できるようになっている。除去用ヘッド４２を、充填用ヘッド４１と同様のシステムで支持し、ボール充填部２８のＸ−Ｙ方向の任意の位置に移動する構成にすることも可能である。

図１１に、充填用ヘッド４１の概略構成を断面図により示してある。本例の充填用ヘッド４１は回転型であり、ボール充填部２８は、充填用ヘッド４１を回転駆動する駆動部５７と、充填用ヘッド４１の中心を支持し、回転力を伝達するシャフト５９とを備えている。充填用ヘッド４１は、シャフト５９を中心として回転する円盤状のスキージサポート５１と、スキージサポート５１の裏面、すなわち、充填用マスク４５およびウェハ１０に面した側に配置された複数の充填用のスキージ５２とを備えている。充填用スキージ５２は、上方から見たときに、回転軸５９と同軸の内円の周りに、円周方向に均等なピッチで、内円の接線方向に延びるように配置されている。このため、スキージサポート５１を回転することにより、スキージ５２により半田ボール４８が内円に集められ、内円の範囲内にマスク４５の開口パターンに効率よく充填するのに十分な量の半田ボール４８の集合４９を維持できる。したがって、回転させながら充填用ヘッド４１をマスク４５の表面４５ａを移動させることにより、充填用ヘッド４１と共に大量の半田ボール４８の集合４９をマスク４５に沿って移動することができ、マスク４５の開口パターンに半田ボール４８を効率よく、また充填ミスなく充填することができる（ステップＳ８）。したがって、充填用ヘッド４１が、本発明における第１の粒子移動ヘッドに対応し、このステップＳ８が第１の工程に対応する。

図１２（ａ）および（ｂ）に、ステップＳ８において、充填用ヘッド４１により半田ボール４８を充填する様子を示してある。このステップＳ８においては、充填用ヘッド４１により、微小粒子である半田ボール４８を移動しながらマスク４５の開口パターン４６に充填し、ウェハ１０の所定の位置に配置する。充填用ヘッド４１のスキージサポート５１の下面に配置されたスキージ５２は、複数のスウィープ部材５２ａを備えている。これらのスウィープ部材５２ａは、大量の半田ボール４８の集合４９を一括して移動するために、適当な強度のある部材、たとえば、導電性で樹脂製のブラシ状部材やワイヤから形成されている。複数のスウィープ部材５２ａは、スキージ５２の進行方向に対して先端が後退するようにサポート５１に取り付けられている。図１２（ａ）に示したように、このようなスキージ５２を充填用マスク４５の表面４５ａに接触させた状態で、充填用ヘッド４１を回転させながらマスク４５の表面４５ａに沿って移動することにより、スウィープ部材５２ａは、マスク４５の上の半田ボール４８の集合４９を押しながら、あるいは、掃くように移動させる。集合４９の半田ボール４８の一部は、開口パターン４６に充填され、ウェハ１０の所定の位置に配置される。残りの過剰な半田ボール４８は、スキージ５２により集められて集合４９を形成し、その状態でマスク４５の表面４５ａを移動し、次々と開口パターン４６に充填される。

したがって、充填用ヘッド４１により、半田ボール４８を開口パターン４６に充填するステップＳ８（第１の工程）においては、開口パターン４６の密度に対して十分な量の半田ボール４８を集合４９として移動する必要がある。このため、ある程度の機械的な強度を備えたスウィープ部材５２ａにより、大量の半田ボール４８をマスク４５の表面４５ａに沿って水平方向に押し続ける必要がある。したがって、スウィープ部材５２ａが開口パターン４６に沿って変形して半田ボールを押し込んだりすることはなく、集合４９から半田ボール４８は重力により開口パターン４６に充填される。また、半田ボール４８が強い力で開口パターン４６に押し込まれるのではなく、重力により落下することにより、半田ボール４８が損傷したり、開口パターン４６の位置からずれたりすることなく、開口パターン４６に従った所定の位置に半田ボール４８を配置することができる。

このステップＳ８においては、充填用ヘッド４１により、開口パターン４６に対する充填量に対して十分に余裕のある大量の半田ボール４８を移動するために、図１２（ｂ）に示したように、充填用ヘッド４１が移動した後にスキージ５２から漏れたり、溢れたりしてマスク４５の上に少量の半田ボール４８ａが散逸、分散または点在した状態で取り残されることを許容している。スキージ５２から漏れないように、集合４９を形成する半田ボール４８の量を減らすと、開口パターン４６に対して十分な密度で半田ボール４８を移動できない可能性があり、充填効率が悪化し、充填ミスが発生する可能性があり、そのような事態を防止するためである。また、剛性の高いスキージ５２により、微小粒子である半田ボール４８を漏れなく移動させようとすると、スキージ５２とマスク４５との間に隙間が発生しないように過剰な圧力でスキージ５２を押し付ける必要があり、マスク４５に損傷を与えたり、半田ボール４８に損傷を与える可能性があり、そのような不具合の発生を防止するためである。

図１３（ａ）および（ｂ）に、ステップＳ９において、マスク４５に残存したボール４８ａを除去する様子を示してある。このステップＳ９においては、ボール充填部２８の除去用ヘッド４２を動かして、マスク４５に残存している半田ボール４８ａを移動する。したがって、このステップＳ９が第２の工程に対応し、除去用ヘッド４２が第２の粒子移動ヘッドに対応する。本例の残ボール除去用のヘッド４２は、Ｘ方向に延びたスキージサポート５３と、このスキージサポート５３の下面に配置されたスキージ５４とを備えている。この除去用ヘッド４２は、充填用ヘッド４１に対して非常に少ない量の半田ボール４８を移動することを目的としている。したがって、スキージ５４の機械的な強度はそれほど要求されず、逆に、マスク４５に接した状態で、マスク４５との間に隙間を形成しないような柔軟性を備えていることが望ましい。このため、この除去用ヘッド４２のスキージ５４は、ステンレススチール製の細い繊維状のスウィープ部材５４ａを採用し、数多くのスウィープ部材５４ａが下側に向かってブラシ状に配置された構成となっている。

除去用ヘッド４２を、繊維状のスウィープ部材５４ａがマスク４５の表面４５ａに必ず接し、ある程度変形するような間隔を開けて移動することにより、スウィープ部材５４ａがマスク４５の表面４５ａに対して垂直方向の力が加えられた状態で移動することができる。したがって、スウィープ部材５４ａは、箒でマスク４５の表面４５ａを掃くように動き、マスク４５の表面４５ａに残った半田ボール４８ａをかき集めて移動させることができる。したがって、図１３（ｂ）に示したように、柔らかいスキージ５４を持つ残ボール用または除去用ヘッド４２を、ボール４８の充填後にマスク４５の上で移動させることにより、マスク表面４５ａに残存している半田ボール４８ａをマスク４５の外に払い出して除去できる。

さらに、除去用ヘッド４２のスウィープ部材５４ａは、柔軟で変形し易く、さらに細いので、マスク４５の表面４５ａを移動したときに開口パターン４６の内部に入り込み、開口パターン４６に充填された半田ボール４８を上方からウェハ１０に押し付ける。したがって、開口パターン４６に配置された半田ボール４８は、ウェハ１０に印刷されたフラックス１１に押し付けられ、フラックス１１と密着した状態になり、マスク４５を外したときにマスク４５と共に半田ボール４８が外れたり、フラックス１１から半田ボール４８がずれ落ちてしまうような不具合を未然に防止できる。このため、本例のボールマウンタ１において生成される、所定の位置に半田ボール４８が配置された、ボールマウント済みのウェハ１０の歩留まりを向上できる。このため、本例のボールマウンタ１により生成されたウェハ１０を、リフロー炉に入れてフラックス１１を介して半田ボール４８をウェハ１０と接続することにより、信頼性の高い製品、例えば、ＬＳＩあるいはＬＣＤを製造することができる。

図１４（ａ）および（ｂ）に、ステップＳ１０において、充填用マスク４５をクリーニングする様子を示してある。ボール搭載ユニット２７は、充填用マスク４５をウェハ１０から外してクリーニング部２９へ移動するマスク移動機構５８を備えている。したがって、マスクをクリーニングする工程Ｓ１０においては、マスク４５をウェハ１０からクリーニング部２９に退避させた後、マスク４５のクリーニングを行なう。したがって、このマスク移動機構５８が、ワークに対してマスクを着脱する手段に対応する。クリーニング部２９は、マスク４５を、その裏面４５ｂの側からクリーニングするクリーニング用ヘッド８０と、マスク裏面４５ｂに沿ってクリーニング用ヘッド８０を移動する機構８１と、クリーニング用ヘッド８０を介してマスク裏面４５ｂから半田ボール４８を吸引可能な吸引ポンプ（真空ポンプ）８２とを備えている。

除去工程Ｓ９において、除去用ヘッド４２によりマスク４５の表面４５ａの残ボールを除去することができるが、ウェハ１０から取り外したマスク４５の裏面４５ｂに残ボール４８ｃが着いて垂れ下がっていたり、開口パターン４６に残ボール４８ｄが詰まった状態になっている可能性がある。マスク４５の裏面４５ｂに残ったボール４８ｃは、そのまま次のウェハ１０にマスク４５を重ねると、位置ずれが発生したり、ウェハ１０とマスク４５との間に隙間が発生する可能性があり、充填ミスにつながる。また、開口パターン４６に残ボール４８ｄが詰まっていると、そのままの状態で半田ボールが充填されない可能性がある。クリーニング用ヘッド８０により、マスクの裏面４５ｂから残ボールを吸引しながらクリーニングすることにより、マスクの裏面４５ｂおよび開口パターン４６の残ボールを除去でき、充填ミスの発生を未然に防止できる。

このようにして、ボール搭載ユニット２７における処理が終了し、半田ボール４８が所定の位置に配置されたウェハ１０は、テーブル２３と共にローダ／アンローダ区画２１に向けて搬送される。そして、搬送ロボット３４により回収され、収納用のストッカ３２に格納される（ステップＳ１１）。これにより、１枚のウェハ１０に対するボールマウントが終了する。

上記のボールマウンタ１においては、充填用ヘッドおよび除去用ヘッドは、スウィープ部材により半田ボールに接して移動するタイプであるが、充填用ヘッドおよび／または除去用ヘッドを、空気などの気体を吹き出して半田ボールなどの微小粒子を移動するタイプにすることも可能である。図１５に、充填用マスク４５の表面４５ａに沿った水平方向に空気Ａを吹き出して半田ボール４８の集合４９を一括して吹き払うタイプの充填用ヘッド７１の概要を示してある。この充填用ヘッド７１は、水平方向に向いたエアーノズル７５を有しており、ヘッド７１の内部を介して供給された圧縮空気をマスク４５の表面４５ａに沿って吹き出すことができ、大量の半田ボール４８を移動することができる。

図１６に、充填用マスク４５に対して斜め上から空気Ａを吹き出して半田ボール４８を吹き払うタイプの除去用ヘッド７２を示してある。この除去用ヘッド７２は、斜め下方に向いたエアーノズル７６を有しており、除去用ヘッド７２の内部を介して供給された圧縮空気をマスク４５に対して斜め上方から吹き付けることができる。充填用ヘッド７１のノズル７６の向きを変えることにより除去用ヘッド７２として機能させることも可能である。マスク４５の上から空気Ａを供給することにより、マスク４５の表面４５ａに散逸している残ボール４８ａを浮かせるようにして、確実に移動し、マスク４５の表面４５ａから除去できる。充填する場合は、半田ボール４８を浮かせるような方向に空気を供給できないが、除去する場合は好ましい。さらに、マスク４５に対して、上から空気Ａを吹き付けることにより、マスク４５の開口パターン４６に充填された半田ボール４８をウェハ１０に押しつけることができる。したがって、上述した機械的な除去用ヘッド４２と同様に、開口パターン４６に充填された半田ボール４８をフラックス１１に密着させることができ、半田ボールがマウントされたウェハ１０の歩留まりを向上できる。半田ボールを移動するために吹き出す気体は、空気Ａに限らず、窒素ガス、アルゴンガスやイオン化した気体であっても良い。

なお、ウェハ１０に半田ボール４８を搭載するボールマウンタを例に本発明を説明したが、ワークにマスクをセットし、微小粒子をマスクの開口パターンに振込むあらゆる装置に本発明は適用可能である。また、上述したヘッドの形状あるいはヘッドを移動する機構は例示であり、上記の例に限定されるものではない。例えば、充填用ヘッドは回転式の変わりに、直線的に往復動するものであっても良いし、ヘッドを動かす代わりにマスクとワークとを一体にして動かしても良い。

上述したように、マスクに設けられた複数の微細な開口（開孔）にミスなく微小粒子を充填または配置するためには、開口に充填される微小粒子の量、すなわち、面積当たりの開口の密度に対して十分に余裕のある量の微小粒子を、マスクの上でスキージにより移動する必要がある。しかしながら、大量の微小粒子をマスクの上でスキージにより移動すると、スキージから微小粒子が漏れて、マスクに微小粒子が残存することになる。マスクの上に残存した微小粒子は、マスクをワークから外すときに、意図しないタイミングでマスクの開口に入り込んでワーク上の不良な粒子になったり、そのままマスクに付着して次のワークにマスクをセットするときの障害になる可能性がある。一方、スキージによりマスク上の微小粒子を掃くように移動（スウィープ）した後に、マスクに微小粒子が残存しないように微小粒子の量を減らすと、全ての開口に微小粒子を確実に配置することが難しくなり、充填ミスが発生する可能性がある。

また、充填効率を向上するために十分な量の微小粒子を一括して移動させるようなスキージは、大量の微小粒子を機械的に押せるように、十分な強度を持った材料あるいは構造を有する必要がある。したがって、少量の微小粒子を掃き集めるのに適した、柔軟性の高い材料あるいは構造のスキージは適さない。

そこで、マスクの開口に微小粒子を確実に充填できると共に、マスクに微小粒子が残留しないように微小粒子を配置し、歩留まりを向上できる方法および装置を提供している。

微小粒子をワークの所定の位置に配置するための開口パターンを備えたマスクを用いて、ワークの上に微小粒子を配置する方法は、大量の微小粒子を移動するのに適した第１の粒子移動手段により、マスクに沿って微小粒子を移動する第１の工程と、少量の微小粒子を移動するのに適した第２の粒子移動手段により、マスクに沿って微小粒子を移動する第２の工程とを有する。第１の工程においては、第１の粒子移動手段により、マスクに沿って開口パターンに充填するのに十分な量の微小粒子の集合を一括して移動し、第２の工程においては、第２の粒子移動手段により、マスクに沿って、散逸している微小粒子を移動する。

この微小粒子の配置方法においては、微小粒子を開口パターンに充填することを目的とする第１の工程と、微小粒子をマスクの外に移動することを目的とする第２の工程とを分離して行なう。したがって、第１の工程では、微小粒子を開口パターンに充填するために十分な量、すなわち、大量の微小粒子を移動するのに適した第１の移動手段を用いることができ、充填効率を向上し、充填ミスの発生を防止できる。そして、この第１の移動手段は、残留している微小粒子をかき集めるのには適していないようなものであってもかまわない。

一方、第２の工程では、大量の微小粒子を移動する必要はなく、マスク上に散逸している少量の微小粒子を移動するのに適した第２の移動手段により、マスク上に残留している微小粒子を除去し、それらによるトラブルを未然に防止できる。さらに、第２の移動手段は、大量の微小粒子を移動させる必要がなく、マスク上に残っている微小粒子を確実に移動させる必要があるので、移動のために微小粒子に加える力の向きを変えることができ、力の向きを変えた移動手段を用いることが好ましい。そのため、第２の粒子移動手段に、マスクの開口パターンに充填された微小粒子を、上方からワークに押し付けて、充填され、配置された微小粒子とワークとの密着性を高める機能を付加させることができ、所定の位置に微小粒子を配置したワークの歩留まりを向上できる。

ワークには、微小粒子が配置される位置に予めフラックスなどの微小粒子と結合させる素材が塗布されていることが多い。フラックスの場合は、微小粒子を配置した後にリフローすることにより微小粒子を固定できる。マスクの開口パターンに充填された微小粒子が、なんらかの要因によりフラックスと密着していない場合、マスクを外すときに微小粒子がマスク側に着いて外れたり、フラックスからずれ落ちたりする可能性がある。第２の粒子移動手段により、マスクの開口パターンの上方から微小粒子に力を加えることができれば、微小粒子を確実にフラックスに密着できるので、微小粒子が外れたり、ずれたりする問題を解決できる。

大量の微小粒子を移動する必要がある第１の粒子移動手段は、微小粒子に対してマスクの表面に沿った水平方向の力を主として加える必要があり、開口パターン内の微小粒子を押すことは難しい。これに対し、第２の粒子移動手段は、第１の粒子移動手段よりも、微小粒子に対してマスクの表面に垂直な方向の比率が高い力を加えることにより、マスク表面に残った微小粒子を確実に移動でき、また、マスクの開口パターン内の微小粒子を押してワークに密着させることができる。

例えば、第１の粒子移動手段および第２の粒子移動手段が、機械的に微小粒子に接して微小粒子を移動するスウィープ部材を備えている場合は、第２の粒子移動手段のスウィープ部材は、マスクの表面に残留した微小粒子を確実に捉えて移動できるように、第１の粒子移動手段のスウィープ部材よりも柔軟であることが望ましい。そして、柔軟なスウィープ部材は、変形してマスクの開口パターン内の微小粒子にも接触することにより、開口パターン内の微小粒子をワークに押し付けることができる。特に、スウィープ部材として、微小粒子の径と同等あるいはそれより細いワイヤ状の部材を用いることができ、それによりマスクの表面を掃くように移動すると、開口パターンの上部に部材が侵入して開口パターン内の微小粒子をワークに押し付けることができる。

第１の粒子移動手段および第２の粒子移動手段が、気体を吹き出して微小粒子を移動するものである場合は、第１の工程および第２の工程における気体の吹き出し角度を変えることにより、第１の工程では水平方向に気体を吹き出して微小粒子を押し、第２の工程では斜め上方から気体を吹き出して微小粒子を押すことが望ましい。そして、第２の工程では、斜め上方から気体を吹き出すことにより、開口パターンに充填された微小粒子をワークに押し付けることができる。第１の工程においてスウィープ部材を備えた粒子移動手段を用い、第２の工程において気体を吹き出す粒子移動手段を用いたり、逆に、第１の工程において気体を吹き出す粒子移動手段を用い、第２の工程においてスウィープ部材を備えた粒子移動手段を用いたりすることは可能である。

さらに、微小粒子をワークの所定の位置に配置するための開口パターンを備えたマスクを用いて、ワークの上に微小粒子を配置する装置を提供する。この微小粒子の配置装置は、マスクに沿って開口パターンに充填するのに十分な量の微小粒子の集合を一括して移動する第１の粒子移動手段と、マスクに沿って、散逸している微小粒子を移動する第２の粒子移動手段とを有する。さらに、上述した理由により、第１の粒子移動手段は、微小粒子に対してマスクの表面に沿った水平方向の力を主として加え、第２の粒子移動手段は、第１の粒子移動手段よりも、微小粒子に対してマスクの表面に垂直な方向の比率が高い力を加えるものであることが望ましい。

第１の粒子移動手段および第２の粒子移動手段が、機械的に微小粒子に接して微小粒子を移動する移動部材を備えている場合は、第２の粒子移動手段の移動部材は、第１の粒子移動手段の移動部材よりも柔軟であることが望ましい。また、第１の粒子移動手段および第２の粒子移動手段が、気体を吹き出して微小粒子を移動させる場合は、第２の粒子移動手段は、第１の粒子移動手段とは異なる角度で気体を吹き出すものであることが望ましい。

微小粒子が配置されたワークの歩留まりをさらに向上するには、この微小粒子の配置方法において、マスクをワークから退避させ、退避させたマスクの少なくとも裏面をクリーニングする工程を設けることが望ましい。また、この微小粒子の配置装置においては、ワークに対してマスクを着脱する手段と、ワークから離れたマスクの少なくとも裏面をクリーニングする手段とをさらに設けることが望ましい。第２の粒子移動手段によりマスクの表面に残留した微小粒子を除去しても、マスクをワークから外したときに、マスクの裏面に微小粒子が付着していたり、マスクの開口パターンに微小粒子が詰まったりしている可能性がある。それらの微小粒子は、次のワークにマスクを取り付けて微小粒子を配置する際に障害になる。特に、マスクの裏面に付着している微小粒子は、次のワークにマスクをセットした際に、ワークを損傷させたり、ワークとマスクとの間に意図しない隙間を発生させて微小粒子を所望の場所に配置できなくなる要因になる。したがって、マスクをワークから取り外した後に、少なくとも裏面をクリーニングして、マスクの裏面に残留している微小粒子を除去することが、歩留まりを向上するために有用である。

クリーニングする工程においては、マスクの裏面を吸引する方法が望ましい。また、クリーニングする手段は、マスクの裏面を吸引する手段を備えていることが望ましい。マスクを裏面から吸引することにより、開口パターンに目詰まりした微小粒子も含めて、確実に除去することが可能となり、歩留まりを向上できる。

この微小粒子の配置方法および配置装置により、マスクに残存した微小粒子に起因する問題の発生を防止し、マスクの開口パターンに微小粒子を確実に充填できる。このため、半導体デバイスあるいは光学デバイスの実装において使用される、半田ボール、金ボール、または銅ボールなどの微小粒子をウェハなどのワークに対して所望のパターンに従って精度良く、そして、高い信頼性で配列することができ、微小粒子を備えたワークを歩留まり良く製造できる。

すなわち、微小粒子をワークの所定の位置に配置するための開口パターンを備えたマスクを用いて、前記ワークの上に前記微小粒子を配置する方法は、大量の前記微小粒子を移動するのに適した第１の粒子移動手段により、前記マスクに沿って前記微小粒子を移動する第１の工程と、少量の前記微小粒子を移動するのに適した第２の粒子移動手段により、前記マスクに沿って前記微小粒子を移動する第２の工程とを有する。微小粒子をワークの所定の位置に配置するための開口パターンを備えたマスクを用いて、前記ワークの上に前記微小粒子を配置する方法は、第１の粒子移動手段により、前記マスクに沿って前記開口パターンに充填するのに十分な量の前記微小粒子の集合を一括して移動する第１の工程と、第２の粒子移動手段により、前記マスクに沿って、散逸している前記微小粒子を移動する第２の工程とを有する。前記第１の工程は、前記微小粒子を前記開口パターンに充填することを目的とし、前記第２の工程は、前記微小粒子を前記マスクの外に移動することを目的とする。前記第１の粒子移動手段は、前記微小粒子に対して前記マスクの表面に沿った水平方向の力を主として加え、前記第２の粒子移動手段は、前記第１の粒子移動手段よりも、前記微小粒子に対して前記マスクの表面に垂直な方向の比率が高い力を加える。前記第１の粒子移動手段および前記第２の粒子移動手段は機械的に前記微小粒子に接して前記微小粒子を移動するスウィープ部材を備えており、前記第２の粒子移動手段のスウィープ部材は、前記第１の粒子移動手段のスウィープ部材よりも柔軟である。前記第１の粒子移動手段および前記第２の粒子移動手段は気体を吹き出して前記微小粒子を移動するものであり、前記第１の工程および前記第２の工程における気体の吹き出し角度が異なる。配置方法は、さらに、前記マスクを前記ワークから退避させ、退避させた前記マスクの少なくとも裏面をクリーニングする工程を有する。前記クリーニングする工程では、前記マスクの裏面を吸引することによりクリーニングする。

微小粒子をワークの所定の位置に配置するための開口パターンを備えたマスクを用いて、前記ワークの上に前記微小粒子を配置する装置は、前記マスクに沿って前記開口パターンに充填するのに十分な量の前記微小粒子の集合を一括して移動する第１の粒子移動手段と、前記マスクに沿って、散逸している前記微小粒子を移動する第２の粒子移動手段とを有する。前記第１の粒子移動手段は、前記微小粒子に対して前記マスクの表面に沿った水平方向の力を主として加え、前記第２の粒子移動手段は、前記第１の粒子移動手段よりも、前記微小粒子に対して前記マスクの表面に垂直な方向の比率が高い力を加える。前記第１の粒子移動手段および前記第２の粒子移動手段は機械的に前記微小粒子に接して前記微小粒子を移動する移動部材を備えており、前記第２の粒子移動手段の移動部材は、前記第１の粒子移動手段の移動部材よりも柔軟である。前記第１の粒子移動手段および前記第２の粒子移動手段は気体を吹き出して前記微小粒子を移動し、前記第２の粒子移動手段は、前記第１の粒子移動手段とは異なる角度で気体を吹き出す。この装置は、さらに、前記ワークに対して前記マスクを着脱する手段と、前記ワークから離れた前記マスクの少なくとも裏面をクリーニングする手段とを有する。前記クリーニングする手段は、前記マスクの裏面を吸引する手段を備えている。

本発明のボールマウンタの概略構成を示す平面図である。図１に示すボールマウンタの側面図である。図１に示すボールマウンタにより実行される作業の流れの概略を示すブロック図である。ウェハをプリアライメントする様子を示す図である。ウェハの反りを矯正する様子を示す図である。フラックスを印刷する際に、印刷用マスクとウェハをアライメントする様子を示す図である。フラックスを印刷する際に、印刷用マスクにフラックスを塗布した様子を示す図である。フラックスを印刷している様子を示す図である。フラックスの印刷が終了したときの印刷用マスクとウェハの様子を示す図である。ボール充填部の概略構成を示す平面図である。充填用ヘッドの概略構成を示す断面図である。図１２（ａ）は半田ボールを充填用マスクの開口パターンに充填している様子を示す図、図１２（ｂ）は開口パターンに半田ボールを充填した後の充填用マスクの状態を示す図である。図１３（ａ）は充填用マスクに残存した半田ボールを除去する様子を示す図、図１３（ｂ）はその半田ボールを除去した様子を示す図である。図１４（ａ）は充填用マスクをウェハから外した様子を示す図、図１４（ｂ）は充填用マスクの裏面をクリーニングしている様子を示す図である。空気を吹き出すタイプの充填用ヘッドを示す図である。空気を吹き出すタイプの除去用ヘッドを示す図である。

符号の説明

１ボールマウンタ
１０ウェハ（ワーク）
４１、７１充填用ヘッド（第１の粒子移動手段）
４２、７２除去用ヘッド（第２の粒子移動手段）
４５充填用マスク
４６開口パターン
４８半田ボール
４９半田ボールの集合
８０クリーニング用ヘッド

Claims

ワークの上に導電性ボールを配置する装置であって、
前記ワークを搭載して第１の方向に搬送するテーブルと、
前記テーブルが移動する前記第１の方向に沿って配置された印刷ユニットおよびボール搭載ユニットとを有し、
前記印刷ユニットは、印刷用のマスクを介して前記テーブルに搭載されたワークにフラックスを印刷し、
前記ボール搭載ユニットは、ボール搭載用のマスクを介して前記テーブルに搭載されたワークに導電性ボールを配置する、装置。