JP2010161293A - Treatment device and method using mask - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、導電性ボールを基板に搭載(配置)する処理、または、基板にクリーム半田やフラックスなどを塗布(印刷)する処理などのための複数の開口を備えたマスク(テンプレート)と基板とを位置合わせすることを含む装置および方法に関するものである。 The present invention relates to a mask (template) having a plurality of openings for a process of mounting (arranging) conductive balls on a substrate or a process of applying (printing) cream solder, flux or the like to the substrate, and the substrate. Relates to an apparatus and a method comprising aligning the two.
特許文献1には、次の方法が記載されている。基板にクリーム半田を印刷するにあたっては、まず、カメラをマスクの上方に移動させ、マスクに設けられた基準点を観察して、マスクのXYθ方向の位置を観察する。この場合、スキージがカメラの観察の障害にならないように、スキージは図示しない装置により上方若しくは側方に退去させねばならない。次にカメラを基板の上方に移動させ、これに設けられた基準点を観察し、この基準点のXYθ方向の位置を検出する。このようにしてマスクと基板の位置を観察したならば、基板の基準点をマスクの基準点に一致させるべく、各モータを駆動して、基板をマスクの真下に移動させ、次にアクチュエータを駆動して基板を上昇させ、基板をマスクの下面に押接したうえで、スキージを摺動させて、基板にクリーム半田を印刷する。
特許文献1には、上記の方法について次のような問題が記載されている。
(イ)基板用とカメラ用の2つのXYZテーブル装置を必要とするため、装置が大型複雑化する。
(ロ)カメラでマスクを観察する際に、スキージがカメラの障害にならないように、スキージを上方若しくは側方へ退去させるための装置を必要とする。
(ハ)カメラは、基板とマスクの間を移動するため、X方向のスクロークが長大となり、それだけ作業能率が低下する。
(A) Since two XYZ table devices for the substrate and the camera are required, the size of the device becomes complicated.
(B) When observing a mask with a camera, an apparatus for moving the squeegee upward or sideward is required so that the squeegee does not become an obstacle to the camera.
(C) Since the camera moves between the substrate and the mask, the X-direction stroke becomes long, and the work efficiency decreases accordingly.
特許文献1には、上記の問題を解決するために、次の装置および方法が記載されている。基板を位置決めするXYZテーブル装置と、この基板に設けられた基準点を観察する基板観察用カメラと、マスクとスキージによりこの基板の回路パターンにクリーム半田を印刷するスクリーン装置とからスクリーン印刷装置を構成し、上記XYZテーブル装置に、上記マスクに設けられた基準点を観察するマスク観察用カメラを一体的に装置した。上記構成によれば、XYZテーブル装置を駆動して、これに一体的に設けられたカメラをマスクの下方に移動させることにより、マスクの基準点を観察する。またXYZテーブル装置を駆動して、基板を基板観察用カメラの下方に移動させて、基板の基準点を観察する。次に基板の基準点をマスクの基準点に一致させるべく、XYZテーブル装置を駆動して、基板をマスクの下方に移動させ、次いで基板を上昇させてマスクの下面に押接し、スキージを摺動させてクリーム半田を印刷する。
上記の装置および方法においても、XYZテーブル装置を駆動してカメラをマスクの下方に移動させ、また、XYZテーブル装置を駆動して基板をマスクの下方から離れた基板観察用カメラの下方に移動させ、さらに、XYZテーブル装置を駆動して基板をマスクの下方に移動させる必要がある。すなわち、テーブル装置をマスクの下方に移動し、次にマスクの下方から出し、また、マスクの下方に移動する必要がある。したがって、作業能率が大幅に改善されたとは言い難い。 Also in the above apparatus and method, the XYZ table device is driven to move the camera below the mask, and the XYZ table device is driven to move the substrate below the substrate observation camera away from below the mask. Furthermore, it is necessary to drive the XYZ table device to move the substrate below the mask. That is, it is necessary to move the table device below the mask, then take it out from below the mask, and move it below the mask. Therefore, it cannot be said that the work efficiency has been greatly improved.
さらに、マスクに設けられた基準点はXYZテーブルに一体的に装着されたマスク観察用カメラで観察され、基板の基準点はマスク観察用カメラとは異なる基板観察用カメラで観察される。したがって、各カメラの計測誤差が重なって位置合わせの精度が低下する可能性がある。 Further, the reference point provided on the mask is observed with a mask observation camera integrally mounted on the XYZ table, and the reference point of the substrate is observed with a substrate observation camera different from the mask observation camera. Therefore, there is a possibility that the measurement accuracy of each camera overlaps and the accuracy of alignment is lowered.
複数の開口を備えたテンプレートとして機能する同等のマスクは、半導体デバイスあるいはプリント配線板を基板としたときに、それらに半田ボールなどの導電性ボール(導電性微小粒子)を搭載(実装)するためにも利用できる。現在、微小な導電性ボール、例えば直径が1mm以下、具体的には、10〜500μm程度の導電性ボールを、マスクを用いて基板の表面に搭載することが検討されている。このためには、マスクと基板との位置合わせ精度をさらに向上することが要望されている。また、マスクと基板との位置合わせに要する時間を短縮し、ボール搭載に関するタクトタイムをさらに短縮できる装置および方法が求められている。 An equivalent mask that functions as a template with multiple openings is used to mount (mount) conductive balls (conductive fine particles) such as solder balls on a semiconductor device or printed wiring board as a substrate. Can also be used. At present, it is considered to mount a small conductive ball, for example, a conductive ball having a diameter of 1 mm or less, specifically about 10 to 500 μm on the surface of a substrate using a mask. For this purpose, it is desired to further improve the alignment accuracy between the mask and the substrate. There is also a need for an apparatus and method that can reduce the time required to align the mask and the substrate and further reduce the tact time associated with ball mounting.
本発明の一態様は、複数の開口を備えたマスクと基板とを位置合わせした状態で、マスクを介して基板に対する処理を行う装置である。この装置は、マスクを保持するためのフレームと、基板を搭載し、基板の位置決めをするための移動ステージと、マスクに設けられたマスク側の基準マークおよび基板に設けられた基板側の基準マークを観察するための観察用カメラとを有する。この観察用カメラは、マスクの複数の開口から離れた位置に設けられた観察用窓を介して基板側の基準マークを観察可能である。 One embodiment of the present invention is an apparatus for performing processing on a substrate through a mask in a state where the mask including a plurality of openings and the substrate are aligned. This apparatus includes a frame for holding a mask, a moving stage for mounting the substrate and positioning the substrate, a mask-side reference mark provided on the mask, and a substrate-side reference mark provided on the substrate. And an observation camera. This observation camera can observe the reference mark on the substrate side through an observation window provided at a position away from the plurality of openings of the mask.
この装置においては、マスクの複数の開口から離れた位置に設けられた観察用の窓を介して基板側の基準マークを観察用カメラにより認識できる。したがって、基板側の基準マークを確認するために、マスクの下から基板を外さなくてもよい。このため、基板の移動距離を短縮でき、ボール搭載などのマスクを用いた処理に要する時間(タクトタイム)を改善できる。さらに、基板側の基準マークと、マスク側の基準マークを共通の観察用カメラで認識できる。したがって、基板とマスクとの位置合わせの精度を向上できる。 In this apparatus, the reference mark on the substrate side can be recognized by the observation camera through the observation window provided at a position away from the plurality of openings of the mask. Therefore, it is not necessary to remove the substrate from under the mask in order to confirm the reference mark on the substrate side. For this reason, the movement distance of a board | substrate can be shortened and the time (tact time) required for the process using masks, such as ball mounting, can be improved. Further, the reference mark on the substrate side and the reference mark on the mask side can be recognized by a common observation camera. Therefore, the alignment accuracy between the substrate and the mask can be improved.
さらに、観察用窓は、処理に要する複数の開口から離れて設けられているので、処理に要するヘッドあるいはスキージなどをマスクから遠くに退避させなくても基準マークを認識でき、その点でも位置合わせに要する時間を短縮できる。 Furthermore, since the observation window is provided away from the multiple openings required for processing, the reference mark can be recognized without retreating the head or squeegee required for processing away from the mask, and alignment is also performed at that point. Can be shortened.
また、基板側の基準マークをマスクの観察用窓を介して認識できるので、マスク側の基準マークと観察用窓との距離を近づけることが可能であり、それにより、これらの基準マークを観察するための観察用カメラの移動距離を短縮できる。さらに、視野の広い観察用カメラであれば、移動せずに両方の基準マークを観察でき、さらに位置合わせの精度を向上できる。 In addition, since the reference marks on the substrate side can be recognized through the observation window of the mask, the distance between the reference marks on the mask side and the observation window can be made closer, thereby observing these reference marks. Therefore, the moving distance of the observation camera can be shortened. Further, if the observation camera has a wide field of view, both reference marks can be observed without moving, and the alignment accuracy can be further improved.
XYθ方向の位置を合わせるためには、基板に複数の基板側の基準マークが設けられる。したがって、マスクには複数の基板側の基準マークに対応した間隔で配置された複数の観察用窓を設けることが好ましい。さらに、複数の観察用窓のそれぞれ近傍に複数のマスク側の基準マークを配置し、複数の窓のそれぞれおよびその近傍を観察可能な複数の観察用カメラを設けることが望ましい。観察用カメラの移動距離を短縮でき、複数の基準マークの認識を並列して実行できるので、さらに位置合わせに要する時間を短縮できる。 In order to align the positions in the XYθ direction, a plurality of substrate side reference marks are provided on the substrate. Therefore, it is preferable that the mask is provided with a plurality of observation windows arranged at intervals corresponding to the reference marks on the plurality of substrates. Further, it is desirable to arrange a plurality of mask side reference marks in the vicinity of each of the plurality of observation windows and provide a plurality of observation cameras capable of observing each of the plurality of windows and the vicinity thereof. The moving distance of the observation camera can be shortened, and recognition of a plurality of reference marks can be executed in parallel, so that the time required for alignment can be further shortened.
マスクを用いて基板の表面に行う処理(表面処理、操作)の1つは、ボール搭載である。したがって、マスクの複数の開口は、基板の表面の所定の位置に導電性ボールを配置するための複数の配置用開口を含み、装置は、マスクの表面に供給された複数の導電性ボールをマスクの表面に沿って移動し、マスクの複数の配置用開口のそれぞれに充填する充填用ヘッドをさらに有することが好ましい。 One of the treatments (surface treatment, operation) performed on the surface of the substrate using a mask is ball mounting. Accordingly, the plurality of openings of the mask include a plurality of placement openings for placing the conductive balls at predetermined positions on the surface of the substrate, and the apparatus masks the plurality of conductive balls supplied to the surface of the mask. It is preferable to further include a filling head that moves along the surface of the mask and fills each of the plurality of arrangement openings of the mask.
マスクを用いた基板の他の表面処理の1つは、フラックスの塗布(印刷)である。したがって、マスクの複数の開口は、基板の表面の所定の位置にフラックスを塗布するための複数の塗布用開口を含み、装置は、マスクの表面に沿って動き、塗布用開口を介して基板の表面の所定の位置にフラックスを塗布するための塗布用ヘッドをさらに有することが好ましい。 One of the other surface treatments of the substrate using the mask is flux application (printing). Thus, the plurality of openings in the mask include a plurality of application openings for applying flux to predetermined positions on the surface of the substrate, and the apparatus moves along the surface of the mask and passes through the application openings. It is preferable to further have a coating head for coating the flux at a predetermined position on the surface.
本発明の他の態様の1つは、複数の開口を有するマスクである。このマスクは、マスクと基板とを位置合わせした状態で、当該マスクを介して基板に対する処理を行うためのものである。マスクは、マスク側の基準マークと、基板に設けられた基板側の基準マークを観察するための観察用窓であって、複数の開口から離れた位置に設けられた観察用窓とを有する。 Another aspect of the present invention is a mask having a plurality of openings. This mask is for performing processing on the substrate through the mask in a state where the mask and the substrate are aligned. The mask has a mask-side reference mark and an observation window for observing the substrate-side reference mark provided on the substrate, and is provided at a position apart from the plurality of openings.
XYθ方向を合わせるためには基板には複数の基板側の基準マークが設けられる。したがって、マスクは複数の基板側の基準マークに対応した間隔で配置された複数の観察用窓と、複数の観察用窓のそれぞれ近傍に配置された複数のマスク側の基準マークとを有することが望ましい。 In order to align the XYθ directions, the substrate is provided with a plurality of reference marks on the substrate side. Therefore, the mask may have a plurality of observation windows arranged at intervals corresponding to the plurality of substrate-side reference marks, and a plurality of mask-side reference marks arranged in the vicinity of each of the plurality of observation windows. desirable.
マスクの複数の開口は、基板の表面の所定の位置に導電性ボールを配置するための複数の配置用開口を含んでもよい。また、マスクの複数の開口は、基板の表面の所定の位置にフラックスを塗布するための複数の塗布用開口を含んでもよい。 The plurality of openings of the mask may include a plurality of arrangement openings for arranging the conductive balls at predetermined positions on the surface of the substrate. Further, the plurality of openings of the mask may include a plurality of application openings for applying the flux to predetermined positions on the surface of the substrate.
本発明のさらに異なる他の態様の1つは、複数の開口を備えたマスクと基板とを位置合わせした状態で、マスクを介して基板に対する処理を行う方法である。この方法は、以下のステップを含む。
1.マスクに設けられたマスク側の基準マークを観察用カメラで観察すること。
2.基板を搭載した移動ステージを、基板に設けられた基板側の基準マークがマスクの複数の開口から離れた位置に設けられた観察用窓を介して見える位置に移動すること。
3.観察用カメラで観察用窓を介して基板側の基準マークを観察すること。
4.マスク側の基準マークと基板側の基準マークとから得られる処理位置へ移動ステージを移動すること。
One of further different aspects of the present invention is a method of performing processing on a substrate through a mask in a state where a mask having a plurality of openings and the substrate are aligned. The method includes the following steps.
1. Observe the mask reference mark provided on the mask with an observation camera.
2. Moving the moving stage on which the substrate is mounted to a position where the reference mark on the substrate side provided on the substrate can be seen through an observation window provided at a position away from the plurality of openings of the mask.
3. Observe the reference mark on the substrate side through the observation window with the observation camera.
4). The moving stage is moved to a processing position obtained from the reference mark on the mask side and the reference mark on the substrate side.
この方法は、基板を基板側の基準マークを認識するためにマスクの下から外さなくてもよいので、そのステップを省け、さらに、処理を行うために再びマスクの下に戻すステップを省ける。さらに、共通の観察用カメラで基板側およびマスク側の基準マークを認識できるので、位置合わせの精度を向上できる。 In this method, the substrate does not have to be removed from under the mask in order to recognize the fiducial mark on the substrate side, so that step can be omitted, and further, the step of returning it under the mask again for processing can be omitted. Furthermore, since the reference marks on the substrate side and the mask side can be recognized by a common observation camera, the alignment accuracy can be improved.
マスクの複数の開口は、基板の表面の所定の位置にフラックスを塗布するための複数の塗布用開口を含み、この方法が、処理位置において、塗布用開口を介して基板の表面の所定の位置にフラックスを塗布することを、さらに有してもよい。 The plurality of openings in the mask include a plurality of application openings for applying flux to predetermined positions on the surface of the substrate, and the method can be applied at predetermined positions on the surface of the substrate via the application openings at the processing position. You may further have applying a flux to.
マスクの複数の開口は、基板の表面の所定の位置に導電性ボールを配置するための複数の配置用開口を含み、この方法が、処理位置において、マスクの表面に供給された複数の導電性ボールをマスクの表面に沿って移動し、マスクの複数の配置用開口のそれぞれに充填することを、さらに有してもよい。表面に導電性ボールが搭載された基板、たとえば、半導体基板(ウェハ)、プリント配線板を製造できる。 The plurality of openings in the mask include a plurality of placement openings for placing conductive balls at predetermined locations on the surface of the substrate, and the method includes a plurality of conductive openings supplied to the surface of the mask at the processing location. The method may further include moving the ball along the surface of the mask and filling each of the plurality of placement openings in the mask. A substrate having conductive balls mounted on its surface, for example, a semiconductor substrate (wafer) or a printed wiring board can be manufactured.
本発明の一態様の装置においては、マスクの観察用の窓を介して基板側の基準マークを観察用カメラにより認識できるので、基板側の基準マークを確認するためにマスクの下から基板を外さなくてもよく、基板の移動距離を短縮でき、ボール搭載などのマスクを用いた処理に要する時間(タクトタイム)を改善できる。また、観察用窓は、処理に要する複数の開口から離れて設けられているので、処理に要するヘッドあるいはスキージなどをマスクから遠くに退避させなくても基準マークを認識でき、位置合わせに要する時間を短縮できる。 In the apparatus of one embodiment of the present invention, since the reference mark on the substrate side can be recognized by the observation camera through the observation window for the mask, the substrate is removed from under the mask in order to confirm the reference mark on the substrate side. There is no need, and the movement distance of the substrate can be shortened, and the time (tact time) required for processing using a mask such as ball mounting can be improved. In addition, since the observation window is provided apart from a plurality of openings required for processing, the reference mark can be recognized without retreating the head or squeegee required for processing away from the mask, and the time required for alignment. Can be shortened.
さらに、基板側の基準マークと、マスク側の基準マークを共通の観察用カメラで認識できるので基板とマスクとの位置合わせの精度を向上できる。また、基板側の基準マークをマスクの観察用窓を介して認識できるので、マスク側の基準マークと観察窓との距離を近づけることができ、観察用カメラの移動距離を短縮できる。このため、さらに位置合わせの精度を向上できる。 Furthermore, since the reference mark on the substrate side and the reference mark on the mask side can be recognized by a common observation camera, the alignment accuracy between the substrate and the mask can be improved. Further, since the reference mark on the substrate side can be recognized through the observation window for the mask, the distance between the reference mark on the mask side and the observation window can be reduced, and the moving distance of the observation camera can be shortened. For this reason, the alignment accuracy can be further improved.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。図1は、基板の処理装置の一例を示す斜視図である。この処理装置1の一例はボール搭載装置(搭載装置、ボールマウントシステム、ボールマウンタ)2であり、他の一例はフラックス塗布装置3である。図1は、ボール搭載装置2とフラックス塗布装置3とに共通する典型的な構成と、それぞれの装置2および3に用いられるヘッドとを記載した図である。フラックス塗布装置3は、基板100の所定の位置にマスク10を介してクリーム半田などのフラックスを塗布用ヘッド4により塗布(印刷)するための装置であり、ボール搭載装置2は、基板100上の所定の位置(フラックスが印刷された位置)にマスク10を介して充填用ヘッド5により導電性ボール(導電性微小粒子)を搭載するための装置である。フラックスを塗布するためのマスク10と、導電性ボールを配置するためのマスク10とは、厚み、開口(開口パターン、小孔)の大きさなどの差があってもよい。いずれの装置2および3においても、マスク10は、複数の開口(開口パターン)12を備えたテンプレートとして機能する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an example of a substrate processing apparatus. An example of the
たとえば、ボール搭載装置2においては、スキージなどの導電性ボールを移動するのに適した構成を備えた充填用ヘッド5が、マスク10の表面11に供給された複数の導電性ボール(不図示)をマスク10の表面11に沿って移動し、マスク10の複数の配置用開口12のそれぞれに充填する。その結果、マスク10の配置用開口12に規定された基板100の表面101の所定の位置に導電性ボールが配置される。
For example, in the
基板(ワーク、ワークピース)100の典型的なものは、プリント配線板、半導体基板である。以下の説明の基板100はプリント配線板であり、ボール搭載装置2は、プリント基板100の表面101に所定のパターンで形成された複数の電極102の上に、導電性ボールを、その所定のパターンに合わせて搭載する。
A typical substrate (workpiece, workpiece) 100 is a printed wiring board or a semiconductor substrate. The
プリント配線板100は、プリント配線基板、プリント回路板、プリント回路基板、回路基板、あるいはプリント基板などとも呼ばれ、半導体が実装される半導体実装基板、ビルドアップ基板、多層基板などを含む。基板100の電極102の上に搭載される導電性ボールは、電気的な接続を得るための電極(バンプ)として機能するものであり、その直径は、例えば1mm以下、具体的には、10〜500μm程度である。このような導電性ボールは、微小ボール、マイクロボール、微小粒子などと呼ばれることもある。導電性ボールには、半田ボール(銀(Ag)や銅(Cu)などを含む、主成分が錫(Sn)からなるボール)、金あるいは銀などの金属製のボール、セラミックス製のボールあるいはプラスチック製のボールに導電性のメッキなどの処理が施されたもの、さらに、光−電気変換に使用される球状シリコンボールなどが含まれる。本例の導電性ボールは直径100μm程度の半田ボールである。
The printed
プリント配線板100の反対側の面には、複数の半導体チップ(半導体デバイス)が実装されており、プリント配線板100の他の面101には、それぞれの半導体チップに接続するための複数の電極102が、マトリックス状(アレイ状)103に分散(離散、グループ化)して設けられている。したがって、マスク10には、プリント配線板100の電極の配置に対応した位置に複数の開口12が、同様に複数のグループ(開口グループ)13に分けて形成されている。
A plurality of semiconductor chips (semiconductor devices) are mounted on the opposite surface of the printed
処理装置1が塗布装置3であれば、マスク10は塗布用のマスクであり、スキージを備えた塗布用ヘッド4がマスク10の表面11に沿って動き、配置用開口12と同様の位置に設けられた塗布用開口を介して基板100の表面101の所定の位置、すなわち、電極102の位置にフラックスを塗布する。なお、以下では、ボール搭載装置2を中心として本発明を説明する。
If the
ボール搭載装置2は、上述したように、複数の開口12を備えたマスク10と、基板100とを位置合わせした状態で、マスク10を介して基板100の所定の位置に導電性ボールを搭載する。このため、ボール搭載装置2は、マスク10を保持するためのフレーム21と、基板100を搭載し、基板100の位置決めをするための移動ステージ30と、マスク10に設けられたマスク側の基準マーク15aおよび15b、さらに、基板100に設けられた基板側の基準マーク105aおよび105bを観察するための観察用カメラ50aおよび50bとを含む。
As described above, the
一方の観察用カメラ50aは、マスク側の基準マーク15aと、基板側の基準マーク105aとを観察する。観察用カメラ50aは、基板側の基準マーク105aについてはマスク10に設けられた観察用窓17aを介して観察する。他方の観察用カメラ50bは、マスク側の基準マーク15bと、基板側の基準マーク105bとを観察する。観察用カメラ50bは、基板側の基準マーク105bについてはマスク10に設けられた観察用窓17bを介して観察する。これらの観察用窓17aおよび17bは、マスク10の複数の開口12から離れた位置に設けられている。
One
移動ステージ30は、基板100を搭載し保持するための保持テーブル31と、ベース20に対する保持テーブル31の高さ方向の位置を制御するZテーブル32と、ベース20に対する保持テーブル31のθ方向(水平方向)の角度(回転角度)を制御するためのθテーブル33と、ベース20に対する保持テーブル31の前後方向(Y方向)の位置を制御するためのYテーブル34と、ベース20に対する保持テーブル31の左右方向(X方向)の位置を制御するためのXテーブル35とを備えている。Zテーブル32、θテーブル33、Yテーブル34およびXテーブル35は、それぞれ駆動用のモータを備えており、移動方法は、ボールねじなどの公知の方法およびメカニズムを使用できる。したがって、移動ステージ30は、搭載した基板100の位置および水平方向の向きθをベース20に対して自由に設定することができ、基板100の位置決めをすることができる。
The moving
基板100は、適当な位置に、位置決め用の2つの基準マーク105aおよび105bを備えている。したがって、保持テーブル31に基板100を搭載し、移動ステージ30により基板100をそれらの基準マーク105aおよび105bが観察用カメラ50aおよび50bにより観察できる位置に移動し、観察用カメラ50aおよび50bにより基板100の基準マーク105aおよび105bをそれぞれ認識することにより、移動ステージ30の基準位置に対する基板100の位置(X、Y)および姿勢(回転角)が判明する。いったん移動ステージ30に対する基板100の相対的な位置および姿勢、すなわちX方向、Y方向およびθ方向の差分が判明すれば、移動ステージ30のX方向、Y方向およびθ方向を制御することにより基板100のX方向、Y方向およびθ方向を自由に制御できる。
The
マスク10は薄板、たとえば、導電性ボールの直径(この例では100μm)と同じ程度の厚みの金属製の薄板であり、周囲が補強材(図示略)で補強され、さらにマスクフレーム19に固定されている。マスク10は、ベース20と一体になったベースフレーム22に固定されたフレーム(マスクホルダー)21に保持される。このため、マスク10は、いったんマスクホルダー21に取り付けられるとベース20に対する位置(X、Y、Zおよびθ)は固定される。マスク10には、ボール搭載(ボール充填)用の開口12に加え、マスク10の位置決め用の基準マーク(ターゲットマーク)15aおよび15bを備えている。ターゲットマーク15aおよび15bの一例は、直径が1mm程度あるいはそれ以下のマークである。このマスク10においては、開口12がマスク10の前側(Yマイナス方向)に配置され、ターゲットマーク15aおよび15bがマスク10の後側(Yプラス方向)に配置されている。
The
マスク10は、さらに、マスク10を介して基板100の基準マーク105aおよび105bをそれぞれ見るための観察用窓17aおよび17bが設けられている。観察用窓17aおよび17bの一例は、直径が10〜15mm程度の円形の孔(貫通穴)である。基板100は、移動ステージ30の上に、ロボットアームなどの基板供給装置(図示略)により供給元、たとえば、搬送用のパッケージから出されて載置される。その際、位置合わせが行われないか、または、プリアライメント(概略の位置決め)がなされる程度であり、基板毎に移動ステージ30の上で多少の位置ずれが生じる。観察用窓17aおよび17bの大きさは、移動ステージ30の上に基板が供給される時の位置ずれを考慮した大きさに設定される。このマスク10においては、観察用窓17aおよび17bはそれぞれ、マスク10の後側(Yプラス方向)にターゲットマーク15aおよび15bの近傍に、ターゲットマーク15aおよび15bと直線的に並ぶように配置されている。したがって、観察用カメラ50aおよび50bによりターゲットマーク15aおよび15bをそれぞれ認識することにより、ベースフレーム22に対するマスク10の位置(X、Y)および姿勢(向き、θ)が判明する。
The
観察用カメラ50aおよび50bはそれぞれ、CCDなどの適当な撮像素子と、レンズシステムと、さらにマスク10からCCDへ至る光路を曲げる必要があるときはプリズムまたはミラーを含んでいる。観察用カメラ50aおよび50bはそれぞれ、ベース20と一体になったベースフレーム22に、XYZテーブル51によりマスク10の上方をX方向、Y方向およびZ方向に動くように配置されている。これら観察用カメラ50aおよび50bは独立して動く。それぞれのカメラ50aおよび50bのためのXYZテーブル51は共通の構成であり、焦点調整用にそれぞれのカメラの上下方向の位置を制御するZテーブル51zと、それぞれのカメラのY方向(前後方向、幅方向)の位置を制御するYテーブル51yと、それぞれのカメラのX方向(左右方向、長手方向)の位置を制御するXテーブル51xとを備えている。
Each of the
このボール搭載装置2において、基板100の表面101の所定の位置に導電性ボールを配置して導電性ボールを備えたプリント配線板100を製造するための表面処理の1つのプロセスは次のようなステップで行われる。
In this
まず、図1に示すように、XYZテーブル51により左右の観察用カメラ50aおよび50bを、マスク10に設けられたマスク側の左右の基準マーク15aおよび15bが上から見える位置へ移動し、左右の観察用カメラ50aおよび50bで左右の基準マーク15aおよび15bをそれぞれ観察する(ステップST1)。このステップST1により、ベースフレーム22に対するマスク10の位置(XおよびY方向の相対的な位置、あるいは差分)および向き(θ方向の相対的な角度、あるいは差分)が判明する。このステップST1は、マスクホルダー21にマスク10を取り付けたときに行えばよい。その後、このステップST1は、適当なインターバルで、マスク10の位置および向きを確認するために行ってもよい。
First, as shown in FIG. 1, the left and
次に、図2に示すように、基板100を搭載した移動ステージ30をマスク10の下側に動かし、基板100に設けられた基板側の基準マーク105aおよび105bがマスク10の観察用窓17aおよび17bを介して見える位置に移動する(ステップST2)。そして、XYZテーブル51により左右の観察用カメラ50aおよび50bを、観察用窓17aおよび17bを介して基板100に設けられた基板側の左右の基準マーク105aおよび105bが上から見える位置へ移動し、左右の観察用カメラ50aおよび50bにより左右の基準マーク105aおよび105bのそれぞれを観察用窓17aおよび17bを通して観察する(ステップST3)。
Next, as shown in FIG. 2, the moving
このステップST3により、移動ステージ30に対する基板100の位置(XおよびY方向の相対的な位置、あるいは差分)および向き(θ方向の相対的な角度、あるいは差分)が判明する。移動ステージ30の位置(移動量)とベースフレーム22との関係は予め分かっているので、ステップST1およびST3により、マスク10の位置および方向と基板100の位置および方向との関係が判明する。したがって、移動ステージ30により、基板100を、マスク10に対し、任意の位置および向きとなるように精度よく移動することができる。基板100の位置および向きを求めるステップST3は、移動ステージ30により新しい基板100が到来する都度行うことが望ましい。
By this step ST3, the position (relative position or difference in the X and Y directions) and direction (relative angle or difference in the θ direction) of the
次に、図3に示すように、基板100とマスク10との相対的な位置および方向の関係が精度よくわかったので、移動ステージ30を、マスク側の基準マーク15aおよび15bと基板側の基準マーク105aおよび105bとから得られる所定の位置、すなわち、導電性ボールを搭載するための位置へ移動し、マスク10と基板100とを密着させる(ステップST4)。そして、充填用ヘッド5によりマスク10の表面11に複数の導電性ボールを供給して、マスクの表面に沿って移動する(ステップST5)。これにより、マスク10の複数の配置用開口12のそれぞれに導電性ボールを充填し、基板100の表面101の所定の位置(電極位置)102に、導電性ボールを精度よく配置(搭載)する。電極位置102にはフラックス(クリーム半田)が塗布されているので、導電性ボールが搭載されたプリント配線板100をリフロー炉に入れることにより、リフローされ、プリント配線板100に半田バンプを形成できる。
Next, as shown in FIG. 3, since the relationship between the relative position and direction of the
充填用ヘッド5の一例は、円周に沿って適当なピッチで配置されたワイヤースキージをマスク10に垂直な軸5sにより回転し、充填用ヘッド5によりマスク10の表面11に形成される区域(動区域)に導電性ボールを保持するものである。充填用ヘッド5を適当な方向、たとえば、長手方向(X方向)に移動することにより、導電性ボールの集団を、充填用ヘッド5の下側に、動区域から逃げないように保持しながら移動することができる。したがって、マスク10の表面11のうち、開口12が設けられた限られた領域(面積)に導電性ボールを集中して管理でき、基板100の上に効率よく導電性ボールを配置できる。動区域の導電性ボールは適当な方法で、たとえば、導電性ボール供給装置(図示略)からシャフト5sを介して充填あるいは補給でき、消費された導電性ボールを補充できる。さらに、このタイプの充填用ヘッド5を採用すると、マスク10の表面11の限られた面積に導電性ボールを集中できるので、同じマスク10に設けられた観察用窓17aおよび17bに導電性ボールが流れ込んだりすることはない。
An example of the filling
フラックスの塗布装置3の場合は、マスク10が塗布用マスクに代わり、上記のステップST5における充填用ヘッド5が塗布用ヘッド(スキージ)4に代わり、マスクの塗布用開口を介して基板100の表面101の所定の位置(電極位置)102にフラックスを塗布する。その他のステップST1〜ST4については、上記と共通した処理となる。
In the case of the
このボール搭載装置2においては、マスク10の複数の開口12から離れた位置に設けられた観察用の窓17aおよび17bを通して、マスク10の下側の基板側の基準マーク105aおよび105bを、マスク10の上から観察用カメラ50aおよび50bによりそれぞれ認識できる。したがって、基板側の基準マーク105aおよび105bを確認するために、マスク10の下から基板100を外さなくてもよい。このため、基板100の移動距離を短縮でき、ボール搭載処理に要する時間(タクトタイム)を短縮できる。たとえば、図2に示すように、移動ステージ30は、基板100を、まず、マスク10の下側で、観察用窓17aおよび17bの下に移動(矢印A)し、次に、マスク10の下側で、開口12の下に移動(矢印B)すればよい。したがって、特許文献1に記載されているように、マスクの基準点を確認するためにいったんマスクの下にXYZテーブルを移動させて、次に、XYZテーブルをマスクの下から出して基板観察用カメラの下側に移動し、さらに、XYZテーブルをマスクの下に移動して処理を行うような移動に要する時間と手間を省くことができる。
In this
さらに、このボール搭載装置2においては、基板側の基準マーク105aとマスク側の基準マーク15aとを共通の観察用カメラ50aで認識でき、同様に、基板側の基準マーク105bとマスク側の基準マーク15bとを共通の観察用カメラ50bで認識できる。すなわち、観察用カメラ50aは、マスク側の基準マーク15aを認識するためと、マスク10の複数の開口12から離れた位置に設けられた観察用窓17aを介して基板側の基準マーク105aを認識するためとに用いられる。観察用カメラ50bは、マスク側の基準マーク15bを認識するためと、マスク10の複数の開口12から離れた位置に設けられた観察用窓17bを介して基板側の基準マーク105bを認識するためとに用いられる。したがって、観察用カメラ50aおよび50bのそれぞれ公差は、基板100とマスク10との位置測定に共通し、カメラ50aおよび50bのそれぞれの公差はキャンセルされる。このため、基板100とマスク10との位置合わせの精度を向上できる。従来の方法では、それぞれのカメラの公差やドリフト等により10μmオーダーの位置合わせ誤差が発生することがあったが、本願の方法では、位置合わせ誤差を確実に数μm(例えば5μm)以下にすることができた。
Further, in this
カメラ50aの移動量を増やすことにより、基板側の基準マーク105aおよび105bと、マスク側の基準マーク15aおよび15bとを1つの観察用カメラ50aで認識させることも可能である。ただし、この場合、カメラ50aの移動量が大きいため移動量の計測誤差の影響が大きく現れる可能性がある。また、カメラの移動量が大きくなるので、移動に要する時間によりタクトタイムの短縮効果が薄れる。一方、基板100およびマスク10の位置だけではなく方向(θ方向)を確認するためには、それぞれ少なくとも2点の基準マークをカメラで認識する必要がある。したがって、左右の基準点を左右のカメラ50aおよび50bのそれぞれで認識する上記の装置2および方法は、マスク10および基板100の位置および方向を精度よく短時間で検出するのに適している。
By increasing the movement amount of the
さらに、マスク10の観察用窓17aおよび17bは、処理に要する複数の開口12から離れて設けられている。このため、基板100の表面101の処理(ボール搭載、フラックス印刷)に要するヘッド4または5をマスク10から遠くに退避させなくても、基板100の基準マーク105aおよび105bを認識できる。したがって、ヘッド4または5の退避に要する機構および退避に要する時間も省くことができ、装置を簡略化でき、さらに、位置合わせに要する時間(タクトタイム)も短縮できる。また、マスク10の基準マーク15aおよび15bも、開口12から離れて設けることが可能であり、この点でも位置合わせに要する機構を簡略化でき、位置合わせに要する時間を短縮できる。
Further, the
また、基板側の基準マーク105aおよび105bをマスク10の観察用窓17aおよび17bを介してそれぞれ認識できる。このため、マスク側の基準マーク15aと観察用窓17aとの距離、およびマスク側の基準マーク15bと観察用窓17bとの距離をそれぞれ近づけることが可能である。このため、これらの左右の基準マーク15aおよび105aと、15bおよび105bとをそれぞれ観察するための左右の観察用カメラ50aおよび50bのそれぞれ移動距離を短縮できる。したがって、カメラ50aおよび50bの移動量が増えることにより誤差の発生を抑制でき、さらに、カメラ50aおよび50bを移動するための時間も短縮できる。このため、この点でも位置合わせ精度を向上でき、位置合わせに要する時間を短縮できる。
Further, the reference marks 105a and 105b on the substrate side can be recognized through the
さらに、観察用カメラ50aおよび50bに視野の広いカメラを採用し、マスク側の基準マーク15aと観察用窓17a、およびマスク側の基準マーク15bと観察用窓17bを、それぞれの視野に含められるのであれば、カメラ50aおよび50bを移動しなくても、それぞれの基準マークを1つの視野(画像)内で認識できる。このため、位置合わせの精度をさらに向上でき、位置合わせに要する時間をさらに短縮できる。
Further, since the
したがって、このボール搭載装置2は、位置合わせ精度を向上でき、位置合わせに要する時間を短縮できる。このため、微小な導電性ボール、例えば直径が1mm以下、具体的には、10〜500μm程度の導電性ボールを、マスクを用いて基板の表面に搭載する装置に適しており、ボール搭載に関するタクトタイムをさらに短縮できる。同様に、フラックスの塗布装置に適用することにより、フラックスの塗布に関するタクトタイムをさらに短縮できる。
Therefore, the
なお、上述した実施形態は、本発明に含まれる導電性ボールの搭載装置および方法、フラックスの搭載装置および方法を実現するための一例に過ぎない。例えば、移動ステージは、X方向およびY方向に延びたレール式の移動装置に限らず、アームを用いた移動装置であってもよい。本実施形態の目的の1つは、タクトタイムを短縮できる、装置、装置の制御方法、ボール搭載方法を提供することである。しかしながら、当業者にとって自明な部分的な変更やバリエーションは、本発明の範囲内であると考えられる。 The above-described embodiments are merely examples for realizing the conductive ball mounting apparatus and method and the flux mounting apparatus and method included in the present invention. For example, the moving stage is not limited to a rail-type moving device extending in the X direction and the Y direction, and may be a moving device using an arm. One of the objects of the present embodiment is to provide an apparatus, an apparatus control method, and a ball mounting method that can reduce the tact time. However, partial changes and variations obvious to those skilled in the art are considered to be within the scope of the present invention.
本発明に含まれるマスク(テンプレート、マスク板)、マスクを用いて処理する方法およびマスクを用いて処理を行う装置は、印刷位置の誤差を数μm以下(サブミクロンメーターを含む)にすることが要望される全ての用途に適している。典型的な用途(処理)は、ボール搭載、フラックス印刷、ペースト半田印刷、導電性接着剤印刷、導電異方性接着剤印刷、絶縁性接着剤印刷、グラビア印刷、マスクを用いた露光処理が含まれるデバイスの製造方法および製造装置、例えば、半導体素子、液晶表示体、プラズマ表示体、プリント配線板、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)のフォトリソグラフィ工程を含む製造に関する装置および方法であるが、本発明のマスク、方法および装置の適用対象は、これらの処理および用途に限定されるものではない。 The mask (template, mask plate), the method of processing using a mask, and the apparatus for processing using a mask included in the present invention can reduce the error of the printing position to several μm or less (including a submicron meter). Suitable for all required applications. Typical applications (processing) include ball mounting, flux printing, paste solder printing, conductive adhesive printing, conductive anisotropic adhesive printing, insulating adhesive printing, gravure printing, and exposure processing using a mask. Device and method for manufacturing a device, for example, a semiconductor device, a liquid crystal display, a plasma display, a printed wiring board, and an apparatus and method related to manufacturing including a photolithography process of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). The mask, method and apparatus are not limited to these processes and uses.
1 処理装置、 2 ボール搭載装置、 3 塗布装置
10 マスク、 12 開口、 15a、15b マスク側の基準マーク
17a、17b 観察用窓
30 移動ステージ、 50a、50b 観察用カメラ
100 基板、 105a、105b 基板側の基準マーク
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記マスクを保持するためのフレームと、
前記基板を搭載し、前記基板の位置決めをするための移動ステージと、
前記マスクに設けられたマスク側の基準マークおよび前記基板に設けられた基板側の基準マークを観察するための観察用カメラであって、前記マスクの前記複数の開口から離れた位置に設けられた観察用窓を介して前記基板側の基準マークを観察可能な観察用カメラとを有する装置。 An apparatus for performing processing on the substrate through the mask in a state in which a mask having a plurality of openings and the substrate are aligned.
A frame for holding the mask;
A stage for mounting the substrate and positioning the substrate;
An observation camera for observing a mask-side reference mark provided on the mask and a substrate-side reference mark provided on the substrate, the camera being provided at a position away from the plurality of openings of the mask. And an observation camera capable of observing the reference mark on the substrate side through the observation window.
前記複数の観察用窓のそれぞれおよびその近傍を観察可能な複数の前記観察用カメラを、さらに有する装置。 2. The substrate according to claim 1, wherein a plurality of reference marks on the substrate side are provided on the substrate, and a plurality of the observation windows arranged at intervals corresponding to the plurality of reference marks on the substrate side are provided on the mask. A plurality of mask side reference marks arranged in the vicinity of each of the plurality of observation windows,
An apparatus further comprising a plurality of observation cameras capable of observing each of the plurality of observation windows and the vicinity thereof.
前記マスクの表面に供給された複数の導電性ボールを前記マスクの表面に沿って移動し、前記マスクの前記複数の配置用開口のそれぞれに充填する充填用ヘッドを、さらに有する装置。 In Claim 1 or 2, the plurality of openings of the mask include a plurality of placement openings for placing conductive balls at predetermined positions on the surface of the substrate,
An apparatus further comprising a filling head for moving a plurality of conductive balls supplied to the surface of the mask along the surface of the mask and filling each of the plurality of arrangement openings of the mask.
さらに、前記マスクの表面に沿って動き、前記塗布用開口を介して前記基板の表面の所定の位置にフラックスを塗布するための塗布用ヘッドを、さらに有する装置。 In any one of Claims 1 thru | or 3, The several opening of the said mask contains several application opening for apply | coating a flux to the predetermined position of the surface of the said board | substrate,
The apparatus further comprises an application head that moves along the surface of the mask and applies a flux to a predetermined position on the surface of the substrate through the application opening.
マスク側の基準マークと、
前記基板に設けられた基板側の基準マークを観察するための観察用窓であって、前記複数の開口から離れた位置に設けられた観察用窓とを有する、マスク。 A mask having a plurality of openings, in a state where the mask and the substrate are aligned, and performing a process on the substrate through the mask;
A reference mark on the mask side,
A mask having an observation window for observing a reference mark on the substrate side provided on the substrate, the observation window provided at a position apart from the plurality of openings.
前記複数の基板側の基準マークに対応した間隔で配置された複数の前記観察用窓と、
前記複数の観察用窓のそれぞれ近傍に配置された複数の前記マスク側の基準マークとを有する、マスク。 In claim 5, the substrate is provided with a plurality of reference marks on the substrate side,
A plurality of the observation windows arranged at intervals corresponding to the reference marks on the plurality of substrates;
And a plurality of mask-side reference marks arranged in the vicinity of the plurality of observation windows.
前記マスクに設けられたマスク側の基準マークを観察用カメラで観察することと、
前記基板を搭載した移動ステージを、前記基板に設けられた基板側の基準マークが前記マスクの前記複数の開口から離れた位置に設けられた観察用窓を介して見える位置に移動することと、
前記観察用カメラで前記観察用窓を介して前記基板側の基準マークを観察することと、
前記マスク側の基準マークと前記基板側の基準マークとから得られる処理位置へ前記移動ステージを移動することとを有する方法。 In a state in which a mask having a plurality of openings and a substrate are aligned, a process is performed on the substrate through the mask,
Observing a mask side reference mark provided on the mask with an observation camera;
Moving the moving stage on which the substrate is mounted to a position where a reference mark on the substrate side provided on the substrate can be seen through an observation window provided at a position away from the plurality of openings of the mask;
Observing the reference mark on the substrate side through the observation window with the observation camera;
Moving the moving stage to a processing position obtained from the reference mark on the mask side and the reference mark on the substrate side.
前記処理位置において、前記塗布用開口を介して前記基板の表面の所定の位置にフラックスを塗布することを、さらに有する方法。 In Claim 9, the plurality of openings of the mask include a plurality of application openings for applying a flux to a predetermined position on the surface of the substrate,
The method further comprising applying a flux to a predetermined position on the surface of the substrate through the application opening at the processing position.
前記処理位置において、前記マスクの表面に供給された複数の導電性ボールを前記マスクの表面に沿って移動し、前記マスクの前記複数の配置用開口のそれぞれに充填することを、さらに有する方法。 In Claim 9 or 10, the plurality of openings of the mask include a plurality of placement openings for placing conductive balls at predetermined positions on the surface of the substrate,
The method further comprises moving a plurality of conductive balls supplied to the surface of the mask along the surface of the mask and filling each of the plurality of placement openings of the mask at the processing position.
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