JP2013093636A - 導電性ボールの充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性ボールを基板に配置するための複数の開口を備えたマスクと前記基板とを位置合わせした状態で、前記複数の開口に前記導電性ボールを充填する装置を提供する。
【解決手段】充填装置は、マスク１１の表面の一部の２次元的な限られた広がりを備えた区域２６であって、マスク１１の表面の移動先の区域に、２次元的な広がりを備えた導電性ボールの集団１６を形成するヘッド２０と、ヘッド２０を移動する手段と、ヘッド２０とともに移動されるボール供給装置６０であって、移動先において、２次元的な広がりを備えた導電性ボールの集団１６に導電性ボールを補充するボール供給装置６０とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、導電性ボールを基板の所定の位置に取り付けるための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などを実装する際の電気的な接続を得るために、半田ボールが用いられる。近年、半田ボールに限らず、他の導電性金属、さらには金属をコーティングした導電性ボールであって、直径が１ｍｍ程度以下の微小な粒子を基板に搭載することが検討されている。

特開平９−１４８３３２号公報（文献１）に、微小粒子を意図する位置に配列させる技術の一例が開示されている。この文献には、微小粒子を配列させるための開孔部を備えたマスクの上で、所定の柔らかさを有するスキージ（squeegee）と称される移動手段により微小粒子を移動させ、微小粒子をマスクの開孔部に挿入して、吸引される空気により多孔板の上に配列・吸着させることが開示されている。

文献１のスキージは、開孔部に挿入されなかった余分な微小粒子を移動するものであり、文献１には、マスクの上で直線方向に移動するベルトにスキージを取り付けて移動することが記載されている。また、文献１には、リング状の溝を備えたマスクの上で、円盤状の保持部材に取り付けられたスキージを溝に沿って移動することが記載されている。しかしながら、いずれの場合も、微小粒子は、スキージにより、予め定められた１つの方向に移動される。スキージを往復動するものも開示されているが、その場合でも、移動方向は往方向および復方向の２方向である。

文献１では、開孔に微小粒子を吸引挿入することにより、微小粒子を、適切に、必要な位置に配列させるようにしている。吸引の有無に関わらず、微小粒子、すなわち、導電性ボールを、マスクにパターニングされた開孔あるいは開口にミスなく充填するための条件の１つに、開口の数（開口密度）に対して十分に多い数の導電性ボールを供給することが挙げられる。しかしながら、開口の数に対して導電性ボールの数が多くなると、導電性ボールがマスクの表面を移動する時間は長くなる。そのため、様々な要因、例えば、大気との接触、ボール同士の接触、ボールとマスクの接触、さらにはボールとスキージとの摩擦および接触により、ボールの表面が磨耗したり、変形したり、電極としての性能が低下する。したがって、充填ミス、およびそれによる基板（ワーク）上への配置あるいは搭載ミスを減らそうとして大量の導電性ボールを移動しようとすると、基板に配置された導電性ボールに問題が発生する可能性が高くなる。さらに、大量のボールを移動する方法は、配置されなかった大量の導電性ボールを廃棄する必要があるために、導電性ボールのロス率が高くなり経済的にも好ましくない。

また、導電性ボールを同じ方向にスキージにより移動すると、スキージの条件、マスクの条件などにより、スキージの長手方向にボールの粗密が発生し易く、開口への充填ミスおよびボールの搭載ミスに繋がる。導電性ボールの移動量を増やして歩留まりを改善しようとすると、上記と同様にロスが増える。文献１の装置では、マスクの上でスキージを往復動させて開口への挿入ミスを減らしている。しかしながら、往復を繰り返せば繰り返すほど、スキージの移動に伴って開孔へ挿入される粒子の数は減るので、移動による粒子の損傷が進行する。

導電性ボールを、マスクの複数の開口により確実に充填でき、基板の所定の位置に導電性ボールをより確実に配置あるいは搭載できる方法および装置が要望されている。

本発明の一態様は基板に導電性ボールを配置するための複数の開口を備えたマスクと前記基板とを位置合わせする工程と、ヘッドにより、マスクの表面の一部の２次元的な限られた広がりを備えた区域であって、マスクの表面の移動先の区域に、２次元的な広がりを備えた導電性ボールの集団を形成する工程と、移動先において、２次元的な広がりを備えた導電性ボールの集団に導電性ボールを補充する工程とを有する、導電性ボールの搭載方法である。移動先における集団の密度が維持でき、ボール密度の低下により開口に充填される確率が低下することは抑制できる。

補充する工程は、移動先において形成される２次元的な広がりを備えた導電性ボールの集団に所定の時間間隔で前記導電性ボールを供給することを含むことが望ましい。また、補充する工程は、移動先の区域に形成される２次元的な広がりを備えた導電性ボールの集団の密度を検出することと、密度が低下すると導電性ボールを供給することとを含むことが好ましい。

本発明の他の態様の１つは、導電性ボールを基板に配置するための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、複数の開口に導電性ボールを充填する装置である。この装置は、マスクの表面の一部の２次元的な限られた広がりを備えた区域であって、マスクの表面の移動先の区域に、２次元的な広がりを備えた導電性ボールの集団を形成するヘッドと、ヘッドを移動する手段と、ヘッドとともに移動されるボール供給装置であって、移動先において、２次元的な広がりを備えた導電性ボールの集団に導電性ボールを補充するボール供給装置とを有する。

ボール供給装置は、移動先において形成される２次元的な広がりを備えた導電性ボールの集団に所定の時間間隔で導電性ボールを供給することが望ましい。また、充填する装置が、さらに、移動先の区域に形成される２次元的な広がりを備えた導電性ボールの集団の密度を検出するセンサーを有し、ボール供給装置は、密度が低下すると導電性ボールを供給することが好ましい。また、上記の充填装置と、基板とマスクとを位置合わせする装置とを有する搭載装置も本発明に含まれる。さらに、導電性ボールを基板に配置するための複数の開口を備えたマスクの表面に沿って移動し、移動先のマスクの一部の２次元的な限られた広がりを備えた区域に、２次元的な広がりを備えた前記導電性ボールの集団を形成するヘッドであって、移動先において、２次元的な広がりを備えた導電性ボールの集団に導電性ボールを補充する供給路を有するヘッドも本発明に含まれる。

本発明のボールマウンタの概略構成を示す平面図。 ヘッドの概略構成を示す側面図。 ヘッドの構成を上方から透かして示す図。 ヘッドの構成を断面により示す図。 スキージを拡大して示す図。 図６（ａ）は、ヘッドにより構成される円形の区域の軌跡の一例を示す図であり、図６（ｂ）は軌跡の一部を拡大して示す図。 ヘッドにより構成される円形の区域の軌跡の他の例を示す図。 図８（ａ）は、ヘッドにより構成される円形の区域の軌跡の他の例を示す図であり、図８（ｂ）は軌跡の一部を拡大して示す図。 図９（ａ）は、ヘッドの異なる例を示す斜視図であり、図９（ｂ）は、ヘッドの構成を上方から透かして示す図。 図１０（ａ）は、ヘッドのさらに異なる例を示す斜視図であり、図１０（ｂ）は、ヘッドの構成を上方から透かして示す図。 図１１（ａ）は、ヘッドのさらに異なる例を示す斜視図であり、図１１（ｂ）は、ヘッドの構成を上方から透かして示す図。 ヘッドのさらに異なる例を部分的に拡大した断面図により示す図。 ヘッドのさらに異なる例を部分的に拡大した断面図により示す図。 ヘッドのさらに異なる例の構成を上方から透かして示す図。

図１に、本発明の搭載装置の一例の概略構成を示してある。この搭載装置１は、ボールマウンタと呼ばれ、半導体基板（ウェハまたはワークピース）１０の所定の位置に、導電性のボールを配置するためのものである。現状のウェハ１０は、直径が８インチまたは１２インチ程度のものが多い。基板１０に搭載される導電性ボールは微細化されており、直径が１ｍｍ以下であり、直径が１０〜５００μｍ程度のボールを搭載することが検討されており、現状では直径３０〜３００μｍ程度のボールを搭載することが求められている。導電性ボールには、半田ボール、金あるいは銀などの金属製のボール、さらに、セラミック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が含まれる。

このボールマウンタ１は、吸引などの方法により反りを矯正した水平な状態で基板１０をセットするための台盤（テーブル）２と、導電性ボールを基板１０の所定の位置に配置するための複数の開口を備えたマスク１１を基板１０にセットするためのマスクハンドラー（マスクキャリア）３と、マスク１１の開口に導電性ボールを充填するための充填装置５とを備えている。マスクハンドラー３は、基板１０の上と、破線で示した退避位置との間でマスク１１を移動するための搬送ユニット３１と、基板１０とマスク１１との位置あわせを行うアライメントユニット３２とを備えている。マスク１１を基板１０にセットするためのデバイスは、マスク１１の位置を固定し、基板１０が上下および／または水平方向に移動してマスク１１と基板１０とを位置あわせするものであっても良い。

マスク１１は、微小な導電性ボールが一つずつ挿入されるのに適したサイズの開口を複数備えている。基板１０は、通常、複数の半導体デバイスが含まれており、マスク１１の複数の開口は、それらの半導体デバイスの所定の位置に導電性ボールを配置するためのルールに従った繰り返しのあるデザインで形成されている。マスク１１に設けられたこれらの開口は、開孔、パターン孔、開口パターンなどと称されており、本明細書においても、複数の開口を対象として説明するときはそれらを開口パターンと記載することがある。

充填装置５は、基板１０にセットされたマスク１１の表面１１ａに沿って移動し、マスク１１の開口に導電性ボールを充填するためのヘッド２０と、このヘッド２０をマスク１１の表面１１ａの任意の方向に移動可能なように支持するヘッド支持装置５０とを備えている。ヘッド支持装置５０は、マスク１１に垂直な軸５５を中心に回転するように支持するモータ５６と、Ｙ方向に伸縮可能なアーム５３を介してモータ５６を支持するキャリッジ５２とを備えており、キャリッジ５２はキャリッジシャフト５１に沿ってＸ方向に移動する。したがって、支持装置５０のアーム５３、キャリッジ５２およびキャリッジシャフト５１により、ヘッド２０は、マスク１１の表面１１ａをＸ−Ｙ方向の任意の位置にセットできる。また、この支持装置５０により、ヘッド２０を、マスク１１の表面１１ａに沿って任意の軌跡を描くように移動できる。

この搭載装置１は、導電性ボールを配置するための複数の開口１２を備えたマスク１１を基板１０にセットする工程と、マスク１１の表面１１ａに沿って移動するヘッド２０により導電性ボールをマスクの開口１２に充填する充填工程とを有し、基板１０の所定の位置に導電性ボールを搭載する。以降においては、充填装置５の構成および動作を説明しながら、充填工程の処理の詳細についてさらに説明する。

図２に、充填装置５のヘッド２０を側面から見た様子を拡大して示してある。ヘッド２０は、円盤状のスキージサポート２１と、このスキージサポート２１の下面２１ａからマスク１１の表面１１ａに向かって突き出た６セットのスキージ２２とを備えている。スキージサポート２１の中心は、マスク１１に対して垂直方向に延びたシャフト５５に繋がっている。ヘッド２０は、モータ５６により、シャフト５５を中心として、スキージサポート２１を上方から見て時計方向に回転駆動される。このヘッド２０においては、モータ５６が軸５５を中心としてスキージサポート２１をマスク１１の表面１１ａに沿って回転駆動する手段となり、軸５５がアーム５３、キャリッジ５２およびキャリッジシャフト５１によりマスク１１の表面１１ａに沿ってＸ―Ｙの任意の方向に移動される。したがって、ヘッド支持装置５０により、ヘッド２０を回転しながら、ヘッド２０をマスク１１の表面１１ａの上を任意の軌跡を描くように移動できる。キャリッジ５２には、導電性ボールをシャフト５５の内部を介してスキージサポート２１の中心からマスク１１の上に供給するボール供給装置６０が搭載されている。

図３に、スキージサポート２１の下面に取り付けられた６セットのスキージ２２の配置を、スキージサポート２１を上方から透かして見た状態で示してある。また、図４に、ヘッド２０の構成を、スキージサポート２１の直径方向に切った断面により示してある。６セットのスキージ２２は、それぞれが上方から見ると長方形になるように取り付けられた複数のスウィープ部材２３を備えている。スウィープ部材２３は、マスク１１の表面１１ａに比較的柔らかく接し、表面１１ａに残った導電性ボール１５を掃き集めることができるものであれば良い。スウィープ部材２３としては、マスク１１の表面１１ａに接するように曲げられたワイヤー、マスク１１の表面１１ａに接するような形状のゴムプレートあるいはスポンジのような弾性部材、マスク１１の表面１１ａに接する程度に伸びた無数のワイヤーを挙げることができる。

これらのスキージ２２は、回転シャフト５５と同心円状の内円２６の回りに、円周方向に均等なピッチで、内円２６の接線方向の時計方向に、外円２７まで直線的に延びるように配置されている。したがって、スキージ２２がマスク１１の表面１１ａに接した状態で、スキージサポート２１を上方から見て時計方向に回転させると、スキージ２２の進行方向（回転方向）にある導電性ボール１５を、矢印１８のように、内円２６の方向に押し払う。このため、マスク１１の表面１１ａに残った導電性ボール１５は、内円２６の方向に移動され、内円２６の内部に集められる。

図３および以下の図面において、内円２６および外円２７として示した区域は仮想的なものである。しかしながら、このヘッド２０をマスク１１の表面１１ａにおいて、ヘッド支持装置５０により回転させながら移動すると、マスク１１の上に残った、内円２６と外円２７の範囲内の過剰な導電性ボール１５は、ヘッド２０の中心の内円２６の方向に集められる。複数のスキージ２２が、回転する方向（進行方向）に多重に配置されているので、ヘッド２０が移動することにより内円２６の周囲に食み出した導電性ボール１５は次々と移動先の内円２６の方向に集められる。したがって、ヘッド２０の回転中心の回りの円形の区域２６に導電性ボール１５が保持され、ヘッド２０の移動と共に円形の区域２６が移動し、その中に保持された複数の導電性ボール１５の集団１６も移動する。このように、本例の充填装置５においては、ヘッド２０の中心の仮想的な円形の区域２６が、導電性ボール１５の集団１６が保持されるマスク１１の表面１１ａの一部の区域２６となり、ヘッド２０の移動により、その区域２６が移動する。

図５に、スキージ２２の先端がマスク１１の表面１１ａに接している状態を拡大して示してある。各々のスキージ２２は、複数のスウィープ部材２３を備えており、それらがスキージ２２の進行方向に多重に配置されている。複数のスウィープ部材２３は、スキージ２２の進行方向に対して、マスクの表面１１ａに当たる先端が後退するようにサポート２１に取り付けられている。スウィープ部材２３は、マスク１１の上の導電性ボール１５を進行方向Ａの内側の円形の区域２６の方向に軽く押す、あるいは掃くようにして移動する。このため、ヘッド２０の内側の円形の領域２６に導電性ボール１５の集団１６が形成され、維持される。区域２６に集められたボール１５は、自重により、その区域２６にあるマスク１１の開口１２に落下し、開口１２にボール１５が充填される。基板１０の表面には、マスク１１の開口パターン１２に対応して、予め半田付け用のフラックス１７がスクリーン印刷されている。したがって、開口１２に充填された導電性ボール１５はフラックス１７に密着し、基板１０の所定の位置に仮固定される。導電性ボール１５が搭載された基板１０は、その後、公知のリフロー過程を経ることにより、ボール１５が基板１０に固定される。

この充填装置５においては、円形の区域２６という限られた面積に充填するためのボール１５が常に集められる。したがって、区域２６に集められた導電性ボール１５の状態を監視することにより、マスク１１の開口１２にボール１５が充填される状況を制御することができる。例えば、区域２６に保持される導電性ボール１５は、開口１２に充填されることにより消費される。このため、消費されるボール量に基づいて、ボール１５はボール供給装置６０から区域２６の内部に投入される。例えば、時間当たりに消費されるボール量に基づいて、所定時間間隔でボール１５を供給することができる。したがって、区域２６の導電性ボール１５の集団１６の密度は維持され、ボール密度の低下により開口１２に充填される確率が低下することは防止される。図４に示したヘッド２０は、区域２６のボール１５の密度を検出する光学センサー６５を備えており、所定時間間隔でボールを供給しているにも関わらず、何らかの要因により区域２６のボール密度が低下すると、キャリッジ５２に搭載されたボール供給装置６０から新しい導電性ボール１５を区域２６に供給する。さらに、ボール１５を定期的にリニューアルする機構を設けることも可能である。長時間にわたりマスク１１の開口１２に振り込まれずに移動しているだけの状況が続くと、ボール１５は、接触や磨耗などの要因により損傷する可能性がある。区域２６に保持されたボール１５を回収して、そのような品質が劣化したボールを除去し、正常なボール１５のみを充填用の区域２６に戻すことができる。

ボール１５を保持しながら移動する区域２６の適切な面積は、導電性ボールの直径、マスク１１の開口の密度などの条件により変わる。導電性ボール１５の直径が１０〜５００μｍ程度であれば、直径が１０〜１００ｍｍの円形の区域２６をマスク上に形成できるヘッド２０を用いることが望ましい。ボールを保持するための区域２６が小さ過ぎると、マスク全体の開口にボールを充填するために要する時間が増大する。したがって、区域２６の直径は１０ｍｍ以上が好ましい。一方、区域２６が大き過ぎると、区域２６の内部におけるボール１５の移動が不十分になり、区域２６の内部に保持されるボール１５の密度のムラが大きくなる。したがって、区域２６の直径は１００ｍｍ以下が好ましい。円形の区域２６のより好ましい範囲は、２０〜６０ｍｍである。

ヘッド２０の回転速度が低すぎると、区域２６の内部におけるボール１５の移動が不十分となり、ボール１５の充填ミスが発生する可能性が上がる。したがって、ヘッド２０の回転速度は、１０ｒｐｍ以上が好ましい。一方、回転速度が速すぎると、ボール１５の移動速度が速くなり、ボール１５が開口１２に落ち込まないで通過する確率が高くなり、充填ミスが発生する可能性が上がる。したがって、ヘッド２０の回転速度は、１２０ｒｐｍ以下が好ましい。さらに好ましいヘッドの回転速度の範囲は、３０〜９０ｒｐｍである。例えば、本例の充填装置５においては、ヘッド２０は、ボールが集められる円形の区域２６の直径は４０ｍｍ、回転数は４５ｒｐｍである。

図６から図８に、マスク１１の表面１１ａをカバーするように、円形の区域２６を移動するための軌跡の幾つかの例を示している。充填装置５のヘッド支持装置５０は、マスク１１の表面１１ａをＸＹ平面として、そのＸＹ平面の任意の方向にヘッド２０を移動できる。また、ヘッド２０の移動方向を、動的に任意に変えることができる。さらに、ヘッド２０は、ヘッド２０の移動方向に関わらず、回転することにより円形の区域２６の中に導電性ボール１５を集めて保持できる。このため、充填装置５は、円形の区域２６に導電性ボール１５を保持した状態で、区域２６をマスク１１の表面１１ａの任意の方向に移動することができ、また、その移動方向を任意に、動的に変えることができる。

図６（ａ）は、ヘッド２０をマスク１１の表面１１ａの上を螺旋状または渦巻き状の軌跡を描くように移動した例を模式的に示したものである。ヘッド２０の移動により、ボール１５を充填するため円形の区域２６も、螺旋状または渦巻き状の軌跡７１でマスク１１の表面全体を移動し、基板１０の所定の位置に導電性ボール１５を配置する。螺旋状または渦巻き状の軌跡７１は、基板１０が円形であったり、マスク１１が円形であったり、導電性ボール１５を充填する全体の領域が円形である場合に適している。

なお、図６（ａ）には、区域２６の移動の軌跡７１を、回転中心が移動する線で代表して示している。また、分かりやすくするために、ヘッド２０と区域２６とを共に同じ円で示しているが、上述したように区域２６はヘッド２０と同心円状に形成されるものであり、同じ大きさになるものではない。しかしながら、区域２６はヘッド２０と同心円状に構成されるので、それらが移動する際の中心の軌跡は同じになる。また、本明細書において、区域２６の軌跡とは、中心の移動を示すものではなく、区域２６がマスク１１の表面１１ａを移動した幅を持った跡あるいは経路を示す。さらに、区域２６の軌跡は、物理的には、マスクの開口１２に導電性ボール１５が充填されているという結果によって跡が残ると言えるとしても、マスク１１の表面１１ａに何らかの痕跡を示すものでなくても良い。区域２６の軌跡の具体的な形態の１つは、充填装置５のヘッド支持装置５０において、ヘッド２０を自動的に移動するためのプログラムあるいは関数として与えられるものである。

図６（ｂ）に軌跡７１の一部を拡大して示してある。区域２６によりマスク１１の表面１１ａの全体を漏れなくカバーするために、充填装置５のヘッド支持装置５０により、ヘッド２０は、区域２６の軌跡の一部が重複するように動かされる。この例では、軌跡７１の隣接する部分Ｔ（ｎ）およびＴ（ｎ＋１）がほぼ５０％重複するような軌跡７１が選択されている。この軌跡７１によりヘッド２０を移動することにより、区域２６は、結果として、マスク１１の表面全体を１００％の重複率で移動し、マスク１１の開口１２にボール１５を充填する。

図７に、ヘッド２０および円形の区域２６の軌跡の異なる例を示してある。この例では、区域２６を、ジグザク、サインカーブまたは蛇行するような軌跡７２を描くように移動し、ヘッド２０を動かして、区域２６によりマスク１１の表面１１ａの全体をカバーしている。この軌跡７２を採用する場合も、上記と同様に、軌跡７２の隣接する部分の重複率を適当にセットすることが望ましい。

図８（ａ）は、円形の基板１０の代わりに、長方形の電子回路基板８０に、全体が長方形の充填領域を備えたマスク８１をセットして、導電性ボール１５を配置する例を示してある。この例では、ヘッド２０を動かすことにより、区域２６を、ジグザグ、サインカーブまたは蛇行するような軌跡７３を描くように移動し、区域２６によりマスク８１の表面８１ａの全体をカバーしている。図８（ｂ）に示すように、軌跡７３を採用する場合も、軌跡７３の隣り合う部分Ｔ（ｎ）およびＴ（ｎ＋１）を５０％程度重複することが望ましい。ジグザグな軌跡７３は、方形の充填領域をカバーするのに適した軌跡の１つである。また、方形の外周に沿ったルートを描く螺旋状の軌跡も、方形の充填領域をカバーするのに適した軌跡の１つである。

マスク１１の開口パターン１２への充填漏れを防止するためには、区域２６を、重複率の高い軌跡を描くように移動することが望ましい。一方、軌跡の重複率が高いと、ボール１５を基板１０の全体に配置するために要する処理時間が長くなる。また、軌跡の重複率が高いと、ボール１５の消費量が低下し、ボールが長時間にわたり区域２６に存在することにより損傷する確率が上がる。このため、区域２６は、重複率は１０〜９０％の範囲の軌跡を描くように動かすことが好ましい。区域２６は、重複率は３０〜７０％の範囲の軌跡を描くように動かすことがさらに好ましい。重複率が５０％の軌跡は、区域２６を移動するための最適な軌跡の１つである。

また、ヘッド２０の移動速度は、遅過ぎると、ボール１５を基板１０の全体に配置するために要する時間がかかり過ぎる。一方、ヘッドの移動速度が速過ぎると、ボール１５が開口１２に落ち込まないうちに区域２６が通過する確率が高くなる。したがって、ヘッド２０の移動速度は、２〜６０ｍｍ／ｓの範囲が好ましく、さらに、５〜４０ｍｍ／ｓの範囲であることが好ましい。本例の充填装置５においては、ヘッド２０の移動速度は２０ｍｍ／ｓに設定してある。

このように、ボールマウンタ１において採用されている充填装置５においては、マスク１１の表面１１ａの内、ヘッド２０の内円の区域２６という限られた部分に導電性ボール１５を保持する。それと共に、ヘッド２０を動かすことにより、区域２６を、その軌跡の一部が重複するようにマスクの表面１１ａを移動しながら、導電性ボール１５をマスク１１の開口１２に充填し、ボール１５をワークである基板１０の所定の位置に配置する。この充填装置５においては、開口に充填されなかったボールをマスク上から逃がすのではなく、次の開口に充填するためにマスク上でボールを集めるので、導電性ボール１５の無駄あるいは浪費を防止できる。したがって、マスク１１の全面をスキージで払いながら開口１２にボール１５を充填する方式と異なり、膨大な量のボール１５を一度に供給しなくても、充填の対象となる区域の開口（開口密度）に対して、十分な量（十分に過剰な量）のボール１５の集団１６により、その区域を覆うことができる。すなわち、マスクの表面の一部の小さな区域２６において、その周辺の過剰なボールを集めながら、また、消費されたボールを追加しながら、その区域２６の開口１２に対して、ボール１５の十分な過剰率を維持する。この方法により、マスク全体の開口１２に対して、ボールのロス率を低くし、ボール１５の浪費を防ぐと共に、高い充填率を得ることができる。

また、充填するための区域２６を、その軌跡の一部が重複するように移動することにより、区域２６の移動に伴って常に新しいボール１５を供給することが可能になる。したがって、新しいボール１５が供給されてから基板１０に配置されるまでの時間（この明細書ではライフタイム）を短くでき、また、基板１０に配置される導電性ボール１５のライフタイムをある程度均等にできる。したがって、基板１０に配置される導電性ボール１５の鮮度を一様に、高く保つことができ、損傷の少ない導電性ボール１５を基板全体に配置できる。

さらに、充填装置５のヘッド２０は、スキージサポート２１を回転することにより、ヘッド２０の移動方向に左右されずに導電性ボール１５を内側の円形の区域２６に集めることができる。したがって、ヘッド２０のボール１５を内円の区域２６に集める機能（能力）は、ヘッド２０をマスク１１の上のＸ−Ｙのいずれの方向に動かしても変わらない。このため、ヘッド２０の移動中は常に、区域２６の周囲のマスク１１の上の過剰なボール１５が内円の領域２６に集められる。さらに、内円の区域２６の一部にボール１５が片寄って集合することもなく、内円の区域２６の全体のボール１５の分布がほぼ一様になり、２次元の広がりを持った区域２６の全体で開口パターン１２に対して導電性ボール１５が充填できる。区域２６の内部では極端なボール１５の集中がなく、ボール１５の過剰率や分布の極端な不均衡がなく、ほぼ一定に近い。このため、区域２６を、その軌跡の一部が重なるように移動させることで、軌跡の全部を重複させなくても、充填ミスを確実に減らすことができる。

回転することにより導電性ボール１５に対して区域２６の方向に移動する力を加えるヘッド２０は、好ましい実施例の１つである。区域２６の方向に導電性ボール１５を集める方式として、ヘッドを振動させて、ヘッドの下に付いたスキージによりボール１５を区域２６の方向に掃き集める方式を挙げることができる。この方式では、振動する方向および数、スキージの形状により、区域２６は円に限らず、円に外接する多角形になると考えられる。区域２６の形状が多角形の場合、ヘッドの移動方向によっては、ボール１５を収集する能力に優劣が発生する可能性がある。これに対し、円形の区域２６は、ヘッド２０の移動方向にボール１５を収集したり保持したりする能力に優劣は生ぜず、ヘッド２０の移動方向を任意に選択できる点で優れている。

充填装置５のヘッド２０のスキージ２２は、充填用の区域２６の周囲からボール１５を集めると共に、マスク１１の充填用の区域２６に対応する部分を押さえて、平坦にする機能（能力）を備えている。スキージ２２は、図３に示すように、ヘッド２０の内円２６と外円２７の間、すなわち、円形の区域２６の周囲２８に配置されている。スキージ２２の先端は、マスク１１の表面１１ａに残存するボール１５を残さないように集めるために、マスク１１の表面１１ａに適当な圧力により押し付けられる。したがって、マスク１１の区域２６の部分に反りあるいは歪みがあっても、区域２６の周囲２８の部分をスキージ２２により押さえることにより、平坦（水平）な状態に矯正できる。

マスク１１は、ボールが重複して充填されないようにするため、ボール１５と同程度の厚みの薄板状の部材である。したがって、反りや歪みが発生しやすい反面、スキージ２２をマスク表面１１ａに適度な圧力で押し付けることにより、反りや歪は矯正できる。マスク１１に反りや歪があると、基板１０とマスク１１との間に隙間が発生する。基板１０は、平行度の高いテーブル２に真空吸着方式により保持すれば、反りや歪みを矯正でき、表面を平行にできる。したがって、スキージ２２でマスク１１の表面１１ａを押して区域２６の部分の歪みや反りを矯正することにより、マスク１１と基板１０との間に隙間が発生するのを防止でき、この隙間からボール１５が迷い出てしまうことを防止できる。

基板に装着されるボールの径が数ｍｍあるいはそれ以上の場合、マスクの厚みも数ｍｍであり、マスクの強度も高い。したがって、反りや歪が発生しにくく、また、その反りや歪が存在したときに、スキージで加えられる圧力程度で反りを強制することは容易ではない。さらに、ボール径が数ｍｍであれば、基板とマスクとの間の隙間をｍｍ単位で調整できれば隙間からボールが迷い出ることはない。しかしながら、ボールの径がμｍ単位になると、基板とマスクとの間の隙間もμｍ単位で調整しなければならない。また、マスク１１と基板１０との間に隙間を発生させないためには、マスク１１を基板１０に完全に密着することが望ましいが、基板１０にはボール１５を固定するためのフラックス１７が印刷されている。したがって、マスク１１と基板１０とを完全に密着することは好ましいとはいえない。

ボールを一方または往復動させるだけのスキージの場合、マスクのスキージが当たっている部分は、マスクの歪みや反りを矯正できるかもしれない。しかしながら、スキージにより押されてボールが溜まっているマスクの部分を矯正することができず、そこに基板とマスクとの間にボールが移動できる程度の隙間があれば、マスクの開口に充填されたボールはマスクを通り抜けてしまい、基板の所定の位置にボールを配置できない。それどころか、マスクを通り抜けたボールは、基板の表面を迷走して意図しないところに配置されたり、マスクと基板との間に挟まり、他の開口にボールが充填されるのを阻害する要因にもなる。

これに対し、本例の充填装置５のヘッド２０のスキージ２２により、導電性ボール１５が存在する区域２６の周囲を押さえる。このため、導電性ボール１５が存在する区域２６においては、マスク１１の水平度が矯正され、マスク１１と基板１０とを平行に保ち、これらの間の隙間をボール１５が流出しない程度の値にすることができる。ヘッド２０が移動した後の部分ではマスク１１は湾曲したり、反ったりした状態に戻る可能性がある。しかしながら、導電性ボール１５は、区域２６に集められて、ヘッド２０と共に移動する。このため、ヘッド２０が移動した後には導電性ボール１５は残されておらず、マスク１１が歪んだり反ったりしていても、導電性ボール１５が迷い出る心配はない。さらに、マスク１１の開口１２に充填された導電性ボール１５は、基板１０の表面のフラックス１７により所定の位置に保持される。したがって、ヘッド２０が移動してマスク１１が基板１０の表面から浮き上がってしまうような状態になっても支障はない。このように、本例の充填装置５においては、マスク１１の反りや歪みの影響を受けずに、微小粒子をワーク１０の所定の位置にミスなく確実に配置できる。

スキージ２２を構成する部材２３は、半導体デバイスの接続端子として機能する導電性ボールなどの微小粒子を適度な力で押して、区域２６に向かって掃き集めることができるものであれば良い。さらに、このスウィープ部材２３は、いったん開口１２に挿入されたボール１５を掻き出さない程度の弾性を備えたものであることが望ましい。適当なスウィープ部材２３の１つは、図３から図５に示した、スキージ２２の長手方向に延びた樹脂製あるいは金属製のワイヤーである。マスク１１の表面に沿って長手方向に延びたワイヤーの両端をＵ字型に曲げてスキージサポート２１に取り付けた構成の部材２３は、Ｕ字型のワイヤーの腹の部分がマスク１１に接する。したがって、Ｕ字型のワイヤー２３は、マスク１１に損傷を与えず、適当な弾性を持った状態でマスク１１に押し付けられ、マスク１１の孔に入っているボール１５をワイヤーの先端で掻き出すことがない。さらに、Ｕ字型のワイヤー２３は、スキージ２２の進行方向に対して直交する方向に延びているので、ボール１５を押し払う部材として適している。１つのスキージ２２に多重あるいは多層に配置されたワイヤー２３は、マスク１１に柔軟に接しながら、確実にボール１５を掃き集めるのに適している。また、ヘッド２０の円形の区域２６の回りに配置された複数のスキージ２２は、区域２６の周囲から満遍なくボール１５を集め、さらに、マスク１１の、区域２６の周囲の部分を確実に押さえるために適している。

図９から図１４に、ヘッドの異なる例を示してある。図９（ａ）は、異なる例のヘッド２０ａを底面の側から見た状態を示し、図９（ｂ）は、ヘッド２０ａをスキージサポート２１の上方から透かして見た状態で示してある。このヘッド２０ａは、スキージサポート２１と、その下面２１ａからマスク１１の表面１１ａに向かって突き出た１２本のスキージ２２ａとを備えている。このヘッド２０ａは、上述したヘッド２０に代わり充填装置５のヘッド支持装置５０に取り付けて使用できる。各々のスキージ２２ａは、極細のワイヤーが複数本束ねられたものであり、その両端２２ｒをかしめることにより１本のスキージとして機能するように構成されている。スキージ２２ａは、全体がＵ字状に成形され、サポート２１の裏面２１ａの内円２６の回りに、内円２６の接線方向にほぼ延びるように取り付けられている。

図１０（ａ）は、さらに異なる例のヘッド２０ｂを底面の側から見た状態を示し、図１０（ｂ）は、ヘッド２０ｂをスキージサポート２１の上方から透かして見た状態で示してある。このヘッド２０ｂは、スキージサポート２１と、その下面２１ａからマスク１１の表面１１ａに向かって突き出た７セットのスキージ２２ｂを備えている。このヘッド２０ｂは、上述したヘッド２０に代わり充填装置５のヘッド支持装置５０に取り付けて使用できる。これらのスキージ２２ｂは、ポリイミドの薄板をＵ字状にして複数枚を積層したものである。このタイプのスキージとしては、樹脂製あるいは金属製の薄板を単体で用いるもの、あるいは積層して用いるものが挙げられる。マスク１１との間で発生する可能性のある静電気の影響を避けるためには、スキージの好適な例は金属製のものである。また、プラスチック製のスキージは、表面に銅箔などの導電性の薄膜によりコーティングしたり、炭素を含有することにより導電性を与えることが望ましい。マスク１１に接するスキージの先端の部分は、エッジであっても良い。スキージが薄膜により構成される場合は、その薄膜を折り返すことにより、折り返した面がマスク１１に接するようにしても良い。

図１１（ａ）は、さらに異なる例のヘッド２０ｃを底面の側から見た状態を示し、図１１（ｂ）は、ヘッド２０ｃをスキージサポート２１の上方から透かして見た状態で示してある。このヘッド２０ｃは、スキージサポート２１と、その下面２１ａからマスク１１の表面１１ａに向かって突き出た６セットのスキージ２２ｃを備えている。これらのスキージ２２ｃは、ほぼ直方体状に形成された導電性のスポンジにより構成されている。このヘッド２０ｃも、上述したヘッド２０に代わり充填装置５のヘッド支持装置５０に取り付けて使用できる。

スキージの他の例としては、樹脂製あるいは金属製の極細のワイヤーをブラシの毛のようにスキージサポート２１に取り付けたものを挙げることができる。また、スキージのセット数は、上記に限定されるものではない。さらに、内円２６の接線方向にスキージをセットすることは、好ましい形態の１つであるが、スキージの形態は、ヘッド２０を回転することより内円２６の方向にボール１５を掃き集めるスウィーパとして機能するものであれば良い。例えば、内円２６の接線方向に対して、斜めに配置しても良く、スキージ自体を湾曲させたり、螺旋状にしたりすることが可能である。

図１２は、さらに異なるヘッド２０ｄの構成を示している。このヘッド２０ｄは、ボール１５を掃き集めるための気体９１をマスク１１の表面１１ａに吹き付けるエアーノズル９２を備えている。このヘッド２０ｄも、上述したヘッド２０に代わり充填装置５のヘッド支持装置５０に取り付けて使用できる。エアーノズル９２は、スキージの代わりにサポート２１に取り付けられるものである。エアーノズル９２の一例は、上記の図面に示した各タイプのスキージと同様に、サポート２１の裏面２１ａの内円２６の接線方向に外円２７まで延びた直線状のノズル端９３を備えたものである。このノズル端９３には、焼結金属製などのフィルタ９４が取り付けられており、フィルタ９４を通してエアー９１がマスク１１の表面１１ａに向かって斜め下方に噴出する。したがって、吹き出されたエアー９１は、マスク１１の表面１１ａを内円２６の方向に向かって流れる。このため、エアー９１により導電性ボール１５を内円の区域２６の方向に吹き払いながら、ヘッド２０を移動できる。さらに、マスクの表面１１ａに吹き付けられるエアー９１の圧力により、ボールを充填する区域２６の周囲のマスクの表面１１ａを押さえ、マスク１１の歪みや反りを矯正できる。

エアーノズル９２のエアー吐出部は、フィルタ９４に代わり、スリットや微小な円柱状の孔の集合により構成しても良い。また、エアー９１に代わり、窒素ガスあるいはアルゴンガスといった不活性ガス、あるいは導電性ボールの帯電性を制御するためにイオン化した気体を用いることも有効である。

エアーなどの気体を吹き出すタイプのヘッド２０ｄにおいては、エアーの圧力によりボール１５を駆動できる。したがって、充填装置５は、ヘッド支持装置５０によりヘッド２０ｄを任意の方向に動かすだけで、ヘッド２０ｄを回転させなくても、充填するための区域２６にボール１５を集めることができる。ヘッド２０ｄを回転して内円の区域２６にボール１５を集合させることもできる。このため、気体を吹き出すタイプのヘッド２０ｄのみを用いる充填装置５は、ヘッドを回転駆動するモータ５６を省くことが可能であり、ヘッド支持装置５０の構成を簡易にできる。

図１３に、エアーを吹出すタイプのヘッドの異なる例を示してある。このヘッド２０ｅは、スキージサポート２１と、その下面２１ａからマスク１１の表面１１ａに向かって突き出たスキージタイプのノズル９２を備えている。ノズル９２は、例えば、ゴムなどの弾性のある部材により形成されており、マスク１１の表面１１ａに接してマスクを押さえる。ノズル９２は内側に向いた吹出し口９３を備えており、内側に向かってエアー９１を放出することにより導電性ボール１５を区域２６に集める。このヘッド２０ｅも、上述したヘッド２０に代わり充填装置５のヘッド支持装置５０に取り付けて使用できる。また、吹き出すエアー９１により導電性ボール１５を移動できるので、ヘッドを回転させずに導電性ボール１５をはき集めることができるタイプでもある。

なお、図１３に示した基板１０は、その表面に導電性の層１０ａを備えており、さらに、導電性の層１０ａが保護膜１３でカバーされ、導電性ボール１５が装着される部分のレジスト１３がエッチングなどにより除去されている。したがって、マスク１１はレジスト層１３と密着するように基板１０の上にセットできる。そして、マスク１１の開口１２に充填された導電性ボール１５が基板の表面１０ａに電気的なコンタクトをもった状態で装着され、個々の導電性ボール１５が接続端子として機能する。

図１４に、ヘッドのさらに異なる例をスキージサポートの上方から透かして見た状態を示してある。このヘッド２０ｆは、方形のスキージサポート２１と、そのスキージサポート２１の裏面２１ａからマスク１１の表面１１ａに向かって延びた平面視がＶ字状の２セットのスキージ２２ｆとを備えている。Ｖ字状の２セットのスキージ２２ｆは、その間に方形の区域２６が形成されるように向かい合ってサポート２１に取り付けられている。したがって、ヘッド２０ｆを図面の左右方向に振動することにより導電性ボール１５はスキージ２２ｆの間の区域２６に集められ、その区域２６の中で自重により導電性ボール１５はマスク１１の開口１２に充填される。また、区域２６の周囲のマスク１１の表面１１ａはスキージ２２ｆにより押さえられるので、マスク１１の歪みなどは矯正される。ヘッド２０ｆは、振動しながら導電性ボール１５を区域２６の中に保持したまま、ＸＹ平面の任意の方向に移動できる。そして、スキージ２２ｆを振動させながら導電性ボール１５を集める動作を行うので、区域２６の内部における導電性ボール１５の分布の偏りを減らすことができる。

導電性ボール１５が集められる区域２６の形状は、ヘッドが回転あるいは振動（揺動）し、さらに、ヘッドが任意の方向に進むので、ほとんどの場合は、明確な境界をもった幾何学的な図形にならない。しかしながら、ヘッドが回転しながらボールを集めるタイプは、区域２６は略円形ということができる。また、ヘッドが振動しながらボールを集めるタイプは、区域２６は、スキージの形状に依存した円形または円形に外接する多角形ということができる。多角形は、正方形に限定されず、三角形、さらには、５角形以上の多角形を含む。

なお、上述したヘッドは幾つかの例であり、上記に限定されるものではない。ヘッドは、２次元的な、限られた広がりを備えた区域に充填用の導電性ボールを集団で保持しながら、マスクの表面を移動するものであり、その好適な１つの形態は、充填用の区域の周辺から導電性を掃き集められるものである。導電性ボールのロス率を低減し、経済的に導電性ボールを基板の所定の位置に搭載できる。そして、ヘッドを、その軌跡の一部が重複するようにマスクの表面を移動することにより、マスク全体の開口に効率よく導電性ボールを充填でき、充填ミスを減らすことができる。

本例のボールマウンタ１は、マスクハンドラー３と充填装置５とを搭載しているが、さらに、基板１０を搬送してテーブル２にセットする装置、基板１０の表面にフラックスを塗布する装置などを共に搭載することも可能である。これらの装置により、マスクをセットする工程およびボールを充填する工程に先立ち、基板をテーブルにセットする工程、フラックスを塗布する工程などを行うことも可能である。そして、これらの工程をシリーズで行なうシステムを提供することも可能である。

以上に説明したように、この明細書には、基板に導電性ボールを配置するための複数の開口を備えたマスクと前記基板とを位置合わせする工程と、前記マスクの表面に沿って移動するヘッドにより、前記導電性ボールの集団を前記マスクの表面の一部の区域に保持し、さらに、その区域の軌跡の一部が重複するように、前記区域を移動する充填工程とを有する導電性ボールの搭載方法が含まれる。前記充填工程では、前記区域を、ジグザグ状または螺旋状に移動することが好ましい。前記充填工程では、前記ヘッドにより、前記区域の周辺から前記区域に向かって前記導電性ボールを集めることが好ましい。前記区域の典型的なものは、円または円に外接する多角形である。

前記充填工程では、前記ヘッドを、前記マスクに対して垂直な軸を中心に回転させながら、前記垂直な軸を前記マスクの表面に沿って移動し、前記ヘッドの回転により前記導電性ボールを前記区域に集めることが好ましい。前記充填工程では、前記ヘッドを、前記マスクに対して垂直な軸を中心に回転させながら、前記垂直な軸を前記マスクの表面に沿って移動し、前記ヘッドの回転中心と共に移動する円形の前記区域の周囲の前記マスクの表面を、前記ヘッドから突き出た部材、または、気体の吹き出しにより掃いて、前記導電性ボールを前記区域に集めることが好ましい。前記充填工程では、前記ヘッドから突き出た部材、または、気体の吹き出しにより、前記マスクの前記区域の周囲を押さえることが好ましい。

また、前記充填工程では、前記ヘッドを、前記マスクに対して垂直な軸を中心に回転させながら、前記垂直な軸を前記マスクの表面に沿って移動し、前記ヘッドから前記マスクの表面に向かって突き出たスキージにより、前記区域の周囲の前記マスクの表面を掃くことが好ましい。前記充填工程では、前記スキージにより、前記マスクの前記区域の周囲を押さえることが好ましい。また、前記充填工程では、前記区域の周囲の前記マスクの表面を、前記ヘッドから吹き出される気体により掃いて、前記導電性ボールを前記区域に集めることが好ましい。

基板に導電性ボールを配置するための複数の開口を備えたマスクと前記基板とを位置合わせする工程と、前記マスクの表面に沿って前記導電性ボールを移動するためのヘッドを、その軌跡の少なくとも一部が重複するように移動する充填工程とを有する導電性ボールの搭載方法も有効である。基板に導電性ボールを配置するための複数の開口を備えたマスクと前記基板とを位置合わせする工程と、前記マスクの表面に沿って移動可能なヘッドにより、前記導電性ボールを、前記マスクの表面の一部の区域に、その区域の周囲から集めると共に、その区域を移動する充填工程とを有する導電性ボールの搭載方法も有効である。

導電性ボールを基板に配置するための複数の開口を備えたマスクと前記基板とを位置合わせした状態で、前記複数の開口に前記導電性ボールを充填する装置であって、前記マスクの表面の一部の区域に前記導電性ボールの集団を保持するためのヘッドと、前記ヘッドを前記マスクの表面に沿って移動するように支持するヘッド支持手段とを有する充填装置も開示されている。前記ヘッド支持手段は、前記ヘッドを、前記マスクの表面に沿って、ジグザグを描く方向または螺旋を描く方向に、前記区域の軌跡の一部が重複するように移動することが好ましい。前記ヘッド支持手段は、前記ヘッドを、前記マスクの表面に沿って、任意の方向に移動可能であることが好ましい。

また、前記ヘッドは、前記区域の周囲から、前記区域に向けて、前記導電性ボールを集める手段を備えていることが好ましい。前記区域に、前記導電性ボールを供給する手段をさらに有することが好ましい。前記導電性ボールの典型的なものは、直径３０〜３００μｍ程度の半田ボール、金ボールまたは銅ボールである。

また、上記に記載の充填装置と、前記基板と前記マスクとを位置合わせする装置とを有する搭載装置も開示されている。

導電性ボールを基板に配置するための複数の開口を備えたマスクと前記基板とを位置合わせした状態で、前記複数の開口に前記導電性ボールを充填する装置であって、前記マスクの表面の一部の区域に向けて、その区域の周囲から前記導電性ボールを集める手段を備えたヘッドと、前記ヘッドを前記マスクの表面に沿って移動するように支持するヘッド支持手段とを有する充填装置も開示されている。前記ヘッド支持手段は、前記ヘッドを、前記マスクの表面に沿って、任意の方向、ジグザグを描く方向および螺旋を描く方向の内の少なくともいずれかの方向に移動可能であることが好ましい。

前記ヘッド支持手段は、前記ヘッドを前記マスクに対して垂直な軸を中心に回転する手段と、前記垂直な軸を前記マスクの表面に沿って移動する手段とを備えており、前記導電性ボールを集める手段は、当該ヘッドの回転により、当該ヘッドの回転中心を中心とする円形の前記区域の方向に前記導電性ボールを移動させることが好ましい。前記導電性ボールを集める手段は、前記ヘッドから突き出た部材、または、気体の吹き出しにより、前記円形の区域の周囲の前記マスクの表面を掃くためのスウィーパであることが好ましい。前記スウィーパは、前記ヘッドから突き出た部材、または、気体の吹き出しにより、前記区域の周囲の前記マスクの表面を押さえることが好ましい。

前記導電性ボールを集める手段は、前記ヘッドから前記マスクの表面に向かって突き出た、前記円形の区域の周囲の前記マスクの表面を掃くための複数のスキージを具備することが好ましい。前記複数のスキージは、前記円形の区域の接線方向に延びていることが好ましい。前記複数のスキージは、それらの移動方向に多重に配置されていることが好ましい。前記複数のスキージは、前記円形の区域の周囲の前記マスクの表面を押さえることが好ましい。

前記導電性ボールを集める手段は、前記ヘッドから前記区域の周囲に気体を吹き出し、前記導電性ボールを掃き集めるためのノズルを備えていることも好ましい。

導電性ボールを基板に配置するための複数の開口を備えたマスクと前記基板とを位置合わせした状態で、前記複数の開口に前記導電性ボールを充填する装置であって、前記マスクの表面の一部の区域に前記導電性ボールの集団を保持するためのヘッドと、前記ヘッドを、その軌跡の少なくとも一部が重複して移動するように支持するヘッド支持手段とを有する充填装置も開示されている。

導電性ボールを基板に配置するための複数の開口を備えたマスクの表面に沿って、前記マスクに対して垂直な軸を中心に回転しながら移動するヘッドであって、前記ヘッドが回転すると、当該ヘッドの回転中心の回りの円形の区域の方向に前記導電性ボールを集める手段を有するヘッドも含まれる。前記導電性ボールを集める手段は、前記ヘッドから突き出た部材、または、気体の吹き出しにより、前記円形の区域の周囲の前記マスクの表面を掃くためのスウィーパであることが好ましい。前記スウィーパは、前記突き出た部材または気体の吹き出しにより、前記円形の区域の周囲の前記マスクの表面を押さえることが好ましい。

これらの方法および装置においては、マスクの表面全体を一方向に、または往復動するスキージにより導電性ボールを１つの方向あるいは往復する方向に移動する代わりに、マスクの表面の一部の区域にヘッドの回転などによりボールを集め、その区域に導電性ボールの集団を保持し、さらに、その区域の軌跡の一部が重複するように、区域を移動する。そして、区域のそのような移動により、マスクの表面をカバーし、マスクの開口に導電性ボールを充填する。すなわち、１つの形態は、基板に導電性ボールを配置するための複数の開口を備えたマスクと基板とを位置合わせする工程と、マスクの表面に沿って移動するヘッドにより、導電性ボールの集団をマスクの表面の一部の区域に保持し、さらに、その区域の軌跡の一部が重複するように、区域を移動する充填工程とを有する、導電性ボールの搭載方法である。また、上記の１つの形態は、導電性ボールを基板に配置するための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、複数の開口に導電性ボールを充填する装置であって、マスクの表面の一部の区域に導電性ボールの集団を保持するためのヘッドと、ヘッドをマスクの表面に沿って移動するように支持するヘッド支持手段とを有する、導電性ボールの充填装置である。さらに、上記の１つの形態は、この充填装置と、基板とマスクとを位置合わせする装置とを有する搭載装置である。

ヘッドおよび区域をマスクの表面に沿って移動することは、マスクおよび基板と、ヘッドおよび区域との相対的な位置が変化することを意味し、ヘッドおよび基板の何れか一方、あるいは両方を移動することを含む。基板とは、導電性ボールが搭載される対象を示し、半導体ウェハ、回路基板、転写用基板およびその他のワークピースを含むものである。区域の軌跡とは、区域がマスクの表面を移動したことにより通過した部分あるいは経路を示す。また、区域が通過することにより、マスクの軌跡に当たる部分の開口には導電性ボールが充填されるが、マスクの表面などに通過したことを示す明瞭な跡が残ることを要するものではない。

マスク上の導電性ボールを単純に移動するのではなく、限られた区域に保持した状態で移動する。これにより、マスクの表面に導電性ボールが自由に広がることを防止し、導電性ボールの集団が存在する範囲を限定する。したがって、比較的少数の導電性ボールにより、区域内の導電性ボールの密度を高くでき、その区域が通過する部分のマスクの開口に対し効率良く導電性ボールを充填できる。このため、充填ミスの発生率を低くできる。そして、この充填率の高い区域を、その軌跡の一部が重複するように動かすことで、マスクの表面全体を漏れなくカバーし、導電性ボールの充填ミスの発生率を極めて小さくできる。

また、マスク上の限られた区域に保持すべき導電性ボールの数は、マスク全体の開口に対し一様に充填するために要求される微小粒子の量に比較すれば非常に少なくて良い。したがって、マスク上を移動することにより損傷する可能性のある導電性ボールの量は少なくなり、充填する際にロスになる導電性ボールの量は少なくなる。

さらに、マスクの上を往復動するだけのスキージであると、同じ領域を完全に重複してスキージが動くので、最初のスキージの通過を除くと、その後のスキージの動きによっては充填ミスの開口にボールが充填されるだけである。したがって、往復動の場合は、最初の一回または数回を除き、スキージによりボールを繰り返し移動して充填ミスを減らそうとすると、ボールの損傷だけが進み、この点でもボールのロスが大量に発生しやすい。

充填率の高い区域を、その軌跡の一部が重複するように動かすことで、マスクの表面全体を漏れなくカバーする。したがって、区域の移動により、新たに充填される開口が表れる。このため、区域内に導電性ボールを供給する手段を設け、区域を移動しながら充填された導電性ボールに相当する量を補充することにより、区域内に保持される導電性ボールを新鮮な状態に保つことができる。あるいは、新しい導電性ボールが区域に補充されてからマスクの開口に充填され、基板の上の所定の位置に配置されるまでのライフタイム（消費されるまでの時間）を短くでき、マスクの開口に充填されるまでの導電性ボールのライフタイムのばらつきを小さくできる。このため、基板の所定の位置に、一様に品質の良い導電性ボールを配置することができ、導電性ボールを基板に搭載する作業の歩留まりを改善できる。

区域あるいはヘッドの軌跡を一部重複させて、マスクの表面全体をカバーするためには、区域をジグザグ状に、またはサインカーブを描くように移動させることができる。区域を螺旋状または渦巻き状に移動しても良い。軌跡の隣接する部分の重複率を５０％あるいはそれ以上にすることにより、最終的には、区域により、マスクの表面を１００％あるいはそれ以上の重複率でカバーできる。一方、軌跡の隣接する部分の重複率を高くすると、区域の移動に伴い開口に充填されるボールの数は減り、ライフタイムが長くなり、ボールが損傷する確率が高くなる。したがって、軌跡の重複率は５０％程度であることが望ましく、マスクの開口に対し、品質の高い導電性ボールをミスなく充填できる確率が向上する。

導電性ボールとマスクの開口との干渉によるボールの品質低下を防止するなどの点から、導電性ボールは、重力、すなわち自重により、マスクの開口に落下するように充填されることが望ましい。導電性ボールを一方向に押し続けると、多数のボールが集中することによりボール同士が干渉して開口に落下しなくなる可能性がある。さらに、そのような状態のボールをスキージで強制的に開口に押し込むことは好ましくない。導電性ボールを区域に保持することにより、その区域を任意の方向に移動することが可能となる。それと共に、区域の移動方向を適度に変えることにより、導電性ボールが区域内に極端に偏在することを抑制できる。したがって、自重による、導電性ボールの開口への充填を促進できる。

区域に導電性ボールをホールドする１つの方法は、その区域からボールが逃げないように区域を囲うことである。しかしながら、区域からボールが完全に逃げないように囲う努力は幾つかの問題を発生させる。例えば、スキージなどのボールを移動する手段がマスクの表面に完全に密着するように圧力をかける必要があり、それにより、開口に充填されたボールが飛び出したり、マスクが損傷したりする可能性がある。また、万一、ボールが区域から逃げ出した場合は、そのボールがマスクに残ったり、迷いボールとなって基板の予期しないところに付着する要因となる。

そこで、ヘッドにより、区域の周辺から区域に向かって導電性ボールを集めることにより、区域に導電性ボールの集団を保持する。すなわち、１つの形態は、基板に導電性ボールを配置するための複数の開口を備えたマスクと基板とを位置合わせする工程と、マスクの表面に沿って移動可能なヘッドにより、導電性ボールをマスクの表面の一部の区域に、その区域の周囲から集めると共に、その区域を移動する充填工程とを有する搭載方法である。また、他の１つの形態は、マスクの表面の一部の区域に導電性ボールの集団を保持するためのヘッドと、ヘッドをマスクの表面に沿って移動するように支持するヘッド支持手段とを有する充填装置である。

区域の移動方向に関わらず、区域に向かって導電性ボールを集めやすい区域の形状は、円または円に外接する多角形である。例えば、区域に向かって周囲の導電性ボールを掃き集めるようにヘッドを振動させることができる。また、ボールを充填するための区域に向かってヘッドからエアーなどの気体を吹き出すことにより、導電性ボールを掃き集めることができる。導電性ボールを集めるための好ましい方法の１つは、ヘッドを回転させることにより、ヘッドの中心の区域に向かって導電性ボールを動かして導電性ボールを集めることである。ヘッドを、マスクに対して垂直な軸を中心に回転させながら、垂直な軸をマスクの表面に沿って移動し、ヘッドの回転により導電性ボールを区域に集めることにより、導電性ボールの集団を区域に保持しながら移動させることができる。

充填装置のヘッド支持手段は、ヘッドをマスクに対して垂直な軸を中心に回転する手段と、垂直な軸をマスクの表面に沿って移動する手段とを備えていることが望ましい。また、ヘッドは、当該ヘッドの回転により、ヘッドの回転中心の回りの同心円状の円形の区域（内円）の方向に導電性ボールを移動させる、導電性ボールを集める手段を備えていることが望ましい。導電性ボールを集める手段は、磁性体あるいは帯電体であれば、その反発力を利用するものであっても良い。集める手段の好ましいものの１つは、ヘッドから突き出た部材、または、気体の吹き出しにより、円形の区域の周囲のマスクの表面を掃くためのスウィーパである。スウィーパは、導電性ボールを区域の方向に移動させる配置あるいは形状であれば良い。例えば、渦巻状に湾曲した形状、半径方向に対して回転の中心に向いた形状などがある。

ヘッドから突き出た部材の１つの形態は、マスクの表面を掃く効果が得られるスキージと称されるものである。導電性ボールを集める円形の区域の接線方向に延びた形態は、直線状の簡易な形状のスキージの１つであり、複数のスキージを備えたヘッドを回転することにより、円形の区域の周囲にある導電性ボールに対して円形の区域の方向に力を加えることができる。さらに、複数のスキージを、それらの移動方向、すなわち、ヘッドの回転により移動する方向に多重に配置することにより、他のスキージから漏れた導電性ボールを捕らえて、円形の区域の方向に確実に回収できる。

区域の周囲から導電性ボールを集めるために、ヘッドから突き出た部材あるいはヘッドから吹き出された気体は、区域の周囲のマスクを基板に対して押さえる機能も果たす。導電性ボールを搭載する基板が半導体デバイスのウェハあるいはワーク（ワークピース）である場合、基板は大型化する傾向にあり、それに合わせてマスクも大型になる。一方、デバイスの集積化が進むに連れて、導電性ボールは小型化する傾向にあり、導電性ボールの一例は、直径３０〜３００μｍ程度の半田ボール、金ボールまたは銅ボールである。したがって、ボールを基板に搭載する際に、マスクの歪みや反りにより、基板とマスクとの間に発生する隙間の影響を少なくすることが重要となる。基板は、裏側から吸引することにより面精度を出すことは比較的容易であるのに対し、マスクは表も裏も補強できないので面精度を出すことが困難である。特に、マスクが大型になると歪や反りを無くすことは難しくなり、ボールが小径になると、微小な隙間にボールが入り込んで迷いボールとなる可能性がある。さらに、導電性ボールに対してマスクは密着していることが望ましいが、基板にはボールを機械的および電気的に接続するためのフラックスが印刷されている場合があり、基板にマスクを密着させることが好ましくないこともある。

マスク全体の平坦度あるいは面精度を改善する代わりに、マスクの表面の一部である、区域の周囲を押さえることにより部分的に平坦度を改善する。これにより、導電性ボールが充填される限られた区域内で、マスクの平坦度が改善されるので、迷いボールの発生を未然に防止できる。また、区域内に導電性ボールを集めて保持することにより、マスクの他の領域で隙間があっても、迷いボールが発生するのを防止できる。したがって、本発明の搭載方法および装置に用いられるマスクの１つの形態は、ヘッドから突き出た部材あるいはヘッドから吹き出された気体により押さえられて平坦度が改善されるような柔軟性を備えたものである。

本発明の一態様は導電性ボールを基板に配置するための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、複数の開口に導電性ボールを充填する装置である。この装置は、マスクの表面の一部の２次元的な限られた広がりを備えた区域であって、マスクの表面の移動先の区域に、２次元的な広がりを備えた導電性ボールの集団を形成するヘッドと、ヘッドを移動する手段とを有する。ヘッドは、移動する手段のシャフトに繋がったサポート板部と、サポート板部の裏面側からマスクの表面に向かって突き出たノズル部であって、先端からマスクの表面に、ヘッドの内側に向かって気体を吹き出し、導電性ボールを区域の方向に集めるノズル部とを含む。

サポート板部は気体をノズルに供給する流路を含んでもよい。移動する手段は、マスクの表面をＸＹ平面として、そのＸＹ平面の任意の方向にヘッドを移動する手段を含んでもよい。区域に導電性ボールを供給する手段を有してもよい。ヘッドは、区域に導電性ボールの集団を保持したまま移動してもよい。

装置は、ヘッドを、シャフトを介して回転する手段を有してもよく、ヘッドが回転しないものであってもよい。ノズル部から吹出す気体として、窒素ガスまたはアルゴンガスを含む不活性ガス、またはイオン化した気体を供給する手段を含でもよい。

本発明の他の態様の１つは、上記の充填装置と、基板とマスクとを位置合わせする装置とを有する搭載装置である。

Claims (8)

1. 基板に導電性ボールを配置するための複数の開口を備えたマスクと前記基板とを位置合わせする工程と、
   ヘッドにより、前記マスクの表面の一部の２次元的な限られた広がりを備えた区域であって、前記マスクの表面の移動先の区域に、２次元的な広がりを備えた前記導電性ボールの集団を形成する工程と、
   前記移動先において、前記２次元的な広がりを備えた導電性ボールの集団に前記導電性ボールを補充する工程とを有する、導電性ボールの搭載方法。
2. 請求項１において、前記補充する工程は、前記移動先において形成される前記２次元的な広がりを備えた導電性ボールの集団に所定の時間間隔で前記導電性ボールを供給することを含む、導電性ボールの搭載方法。
3. 請求項１または２において、前記補充する工程は、前記移動先の区域に形成される前記２次元的な広がりを備えた導電性ボールの集団の密度を検出することと、
   前記密度が低下すると前記導電性ボールを供給することとを含む、導電性ボールの搭載方法。
4. 導電性ボールを基板に配置するための複数の開口を備えたマスクと前記基板とを位置合わせした状態で、前記複数の開口に前記導電性ボールを充填する装置であって、
   前記マスクの表面の一部の２次元的な限られた広がりを備えた区域であって、前記マスクの表面の移動先の区域に、２次元的な広がりを備えた前記導電性ボールの集団を形成するヘッドと、
   前記ヘッドを移動する手段と、
   前記ヘッドとともに移動されるボール供給装置であって、前記移動先において、前記２次元的な広がりを備えた導電性ボールの集団に前記導電性ボールを補充するボール供給装置とを有する充填装置。
5. 請求項４において、前記ボール供給装置は、前記移動先において形成される前記２次元的な広がりを備えた導電性ボールの集団に所定の時間間隔で前記導電性ボールを供給する、充填装置。
6. 請求項４または５において、前記移動先の区域に形成される前記２次元的な広がりを備えた導電性ボールの集団の密度を検出するセンサーを有し、
   前記ボール供給装置は、前記密度が低下すると前記導電性ボールを供給する、充填装置。
7. 請求項４ないし６のいずれかに記載の充填装置と、
   前記基板と前記マスクとを位置合わせする装置とを有する搭載装置。
8. 導電性ボールを基板に配置するための複数の開口を備えたマスクの表面に沿って移動し、移動先の前記マスクの一部の２次元的な限られた広がりを備えた区域に、２次元的な広がりを備えた前記導電性ボールの集団を形成するヘッドであって、
   前記移動先において、前記２次元的な広がりを備えた導電性ボールの集団に前記導電性ボールを補充する供給路を有するヘッド。

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