JP2950339B2 - メタルマスク位置合わせ装置 - Google Patents

メタルマスク位置合わせ装置

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JP2950339B2 JP23054890A JP23054890A JP2950339B2 JP 2950339 B2 JP2950339 B2 JP 2950339B2 JP 23054890 A JP23054890 A JP 23054890A JP 23054890 A JP23054890 A JP 23054890A JP 2950339 B2 JP2950339 B2 JP 2950339B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 はんだバンプを形成するためのメタルマスク位置合わ
せ装置に関し メタルマスクが板部材上を擦ることがないようにメタ
ルマスクや板部材を適切に支持しつつメタルマスクの各
穴と板部材の各電極パッドとの位置合わせの微調整を行
うことができるようにすることを目的とし、 メタルマスクを支持するための第1の支持手段と、板
部材を支持するための第2の支持手段と、磁石を支持す
るための第3の支持手段とを備え、第1の支持手段と第
2の支持手段の少なくとも一方がメタルマスクと板部材
とが相互に遠ざかりまたは近づくように移動可能であ
り、さらに該第3の支持手段が磁石が板部材に対して遠
ざかりまたは近づくように移動可能であり、メタルマス
クを板部材に対して間隔を開けて位置合わせしてからこ
れらを相互に接触させた後で、磁石を板部材に近づけて
該メタルマスクを板部材に密着保持させる構成とする。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体素子のフリップチップ接合等において
使用されるはんだバンプを形成するためのメタルマスク
位置合わせ装置に関する。
半導体素子のフリップチップ接合においては、半導体
素子あるいは回路配線基板に多くのはんだバンプを一括
して形成しておき、パッケージなしのLSIチップをその
はんだバンプにより半導体素子あるいは回路配線基板に
接合するようになっている。半導体素子あるいは回路配
線基板にはんだバンプを形成する工程は、はんだ蒸着装
置によって行われる。はんだ蒸着装置は、はんだバンプ
の位置に応じた多数の穴を有するメタルマスクを用い、
はんだの蒸気をメタルマスクの穴を通して半導体素子あ
るいは回路配線基板に蒸着させるようにしたものであ
る。また、半導体素子あるいは回路配線基板に直接には
んだバンプを形成する代わりに、転写板を用い、はんだ
の蒸気をメタルマスクの穴を通して転写板に蒸着させ、
その後で転写板に形成したはんだバンプを所定の半導体
素子あるいは回路配線基板に熱転写することもある。転
写板としては、シリコンやガラス板等が使用される。い
ずれの場合にも、はんだバンプを形成すべき板部材(半
導体素子あるいは回路配線基板、または転写板)にメタ
ルマスクを用いてはんだバンプを形成する。
〔従来の技術〕 第5図に示されるように、従来のはんだ蒸着装置では
メタルマスク3を使用してはんだバンプを形成する。メ
タルマスク3は複数の穴2を有するものであり、はんだ
バンプを形成すべき板部材(半導体素子あるいは回路配
線基板)1と接触して配置される。メタルマスク3は支
持板部材4の上方に配置された磁石5によって吸着され
て板部材1に固定され、板部材1に対して固定の位置関
係を維持するようになっている。はんだ蒸着装置はハン
ダの蒸気を供給するハンダ槽(図示せず)を備え、ハン
ダの蒸気が矢印で示されるように上昇しながら供給され
るようになっている。それによって、はんだがメタルマ
スク3の穴2を通過して板部材1に達し、板部材1の表
面にメタルマスク3の穴2のパターンと同じパターンの
はんだバンプが形成される。
第4図は板部材(半導体素子あるいは回路配線基板)
1の表面に形成されたはんだバンプ6の例を簡単化して
示している。なお、板部材(半導体素子回路配線基板)
1の表面には個別のはんだバンプ6を形成すべき領域7
があり、各領域7にははんだバンプ6と電気接続するた
めの電極パッド(第4図でははんだバンプ6と重なって
いる)が設けられている。第3図はそのような板部材
(半導体素子あるいは回路配線基板)1にフリップチッ
プ接合した半導体装置を示し、パッケージなしのLSIチ
ップ8がはんだバンプ6によって板部材1に接合された
ものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
このようなはんだ蒸着を行うためには、メタルマスク
3のはんだバンプ6を形成すべき各穴2と板部材1のは
んだバンプ6の電気接続するための各電極パッドとの位
置を整合させ、そのような整合関係を維持するようにメ
タルマスク3を板部材1に固定しておくことが必要であ
る。このために、第5図に示すように、メタルマスク3
を磁石5を用いて板部材1に吸着固定させていた。この
作業と手順は、先にメタルマスク3と板部材1との簡単
な位置合わせを行い、次に磁石5を用いてメタルマスク
3を板部材1に吸着固定しておき、それから顕微鏡を用
いてメタルマスク3の各穴2と板部材1の各電極パッド
との位置合わせの微調整を行っていた。このため、メタ
ルマスク3を板部材1に吸着固定した状態での顕微鏡に
よる微調整の際に、メタルマスク3が板部材1上を擦る
ようになり、半導体素子あるいは回路配線基板からなる
板部材1の表面を損傷させるというおそれがあった。
本発明の目的は、メタルマスクが板部材上を擦ること
がないようにメタルマスクや板部材を適切に支持しつつ
メタルマスクの各穴と板部材の各電極パッドとの位置合
わせの微調整を行うことのできるメタルマスク位置合わ
せ装置を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によるメタルマスク位置合わせ装置は、はんだ
バンプを形成すべき板部材とメタルマスクとを接触させ
て、該板部材の該メタルマスクとは反対側に配置した磁
石によって該メタルマスクを該板部材に密着保持させる
のに際して該メタルマスクを該板部材に対して位置合わ
せするためのメタルマスク位置合わせ装置であって、該
メタルマスクを支持するための第1の支持手段と、該板
部材を支持するための第2の支持手段と、該磁石を支持
するための第3の支持手段とを備え、該第1の支持手段
と該第2の支持手段の少なくとも一方が該メタルマスク
と該板部材とが相互に遠ざかりまたは近づくように移動
可能であり、さらに該第3の支持手段が該磁石が該板部
材に対して遠ざかりまたは近づくように移動可能であ
り、該メタルマスクを該板部材に対して間隔を開けて位
置合わせしてからこれらを相互に接触させた後で、該磁
石を該板部材に近づけて該メタルマスクを該板部材に密
着保持させるようにしたことを特徴とするものである。
〔作 用〕
上記構成においては、メタルマスク、板部材、及び磁
石をそれぞれ第1、第2、及び第3の支持手段に支持さ
せ、このときにメタルマスクと板部材、及び板部材と磁
石との間隔を開けておく。好ましくは、メタルマスクと
板部材との間隔を微小な間隔にしておく。そこで、顕微
鏡を用いてメタルマスクと板部材との位置合わせを行
い、メタルマスクの各穴と板部材の各電極パッドとを整
合させる。それから、メタルマスクと板部材とを接触さ
せた後で、磁石を板部材に近づけてメタルマスクを板部
材に密着保持させる。このように、メタルマスク、板部
材、及び磁石をそれぞれ間隔を開けた状態で位置合わせ
を行うので、メタルマスクが板部材上を擦ることなく位
置合わせの微調整を行うことができる。
〔実施例〕
第1図及び第2図を参照すると、本発明の実施例によ
るメタルマスクの位置合わせ装置は例えば第5図に示し
たはんだ蒸着装置の前工程に相当するものであり、はん
だバンプを形成すべき板部材1、複数の穴2を備えたメ
タルマスク3、及び磁石5を支持する手段を含むもので
ある。板部材1は支持板部材4の一方の表面に設けた凹
部内に収納され、板部材1の表面と支持板部材4の同表
面とが同一面になるようになっている。また、板部材1
の表面には電極パッド9が設けられる。メタルマスク3
の穴2はこの電極パッド9と同じパターンで設けられ、
後のはんだ蒸着工程において電極パッド9上にはんだバ
ンプが形成されるべきものである。
メタルマスク3は例えば直径100mm、厚さ200μmのコ
バール製の板であり、はんだバンプを形成するための穴
2の直径は例えば200μmであり、穴2間のピッチは例
えば400μmである。これに対して、はんだバンプ6を
形成すべき板部材1は例えば直径75mm、厚さ400μmの
シリコン板である。支持板部材4は銅製の板で形成さ
れ、外形がメタルマスク3とほぼ同じ大きさであり、厚
さが板部材1とメタルマスク3を支持したときに十分な
剛性をもつように定められる。磁石5は例えばフェライ
ト又はSm−Coで形成された円板からなる。
第1図及び第2図において、メタルマスク3の位置合
わせ装置は上板10、下板12、及び上板10と下板12を連結
するコラム14からなるフレームを含む。上板10は中央開
口部10aを有し、この中央開口部10aにはメタルマスク3
の支持手段となるアッパプレート16が配置される。
アッパプレート16は一端部16aが中央開口部10aの側壁
に枢着され、ほぼ垂直な位置とほぼ水平な位置との間で
旋回可能であり、ほぼ水平な位置になったときにつまみ
16bによって上板10に固定されることができる。アッパ
プレート16は円形の中央開口部18を有し、この中央開口
部18のまわりには内向きの円形の支持座20が形成され
る。メタルマスク3はこの支持座20に取りつけられ、真
空吸着孔20aから作用する真空によって支持座20に保持
される。真空吸着孔20aは図示しない弁に接続され、真
空の供給を制御されるようになっている。
上板10と下板12との間には4本の垂直なガイドロッド
22が延び、水平なセンタープレート24及びロアプレート
26がこれらのガイドロッド22に沿って昇降可能に設けら
れる。センタープレート24は送りねじ28によって昇降せ
しめられ、ロアプレート26は送りねじ30によって昇降せ
しめられる。
センタープレート24上にはスライダサポート32が配置
され、板部材1を収納した支持板部材4がスライダサポ
ート32に支持される。実施例においては、スライダサポ
ート32は操作ロッド34を有し、センタープレート24に対
してX,Y方向の移動及び回転を行うことができるように
なっている。好ましい態様においては、スライダサポー
ト32をX−Y移動機構及びターンテーブルを介してセン
タープレート24に連結することもできる。スライダサポ
ート32は円形の中央開口部36を有し、この中央開口部36
のまわりには上向きの円形の支持座38が形成される。板
部材1を収納した支持板部材4はこの支持座38に取りつ
けられ、真空吸着孔38aから作用する真空によって支持
座38に保持される。真空吸着孔38aは図示しない弁に接
続され、真空の供給を制御されるようになっている。ま
た、センタープレート24も中央開口部36と類似の中央開
口部40を有する。
ロアプレート26は磁石5を支持するための円形の支持
座42を有する。さらに、メタルマスク3の穴3と板部材
1の電磁パッド9との整合を確認するために、顕微鏡44
が使用される。
以上の構成において、メタルマスク3を板部材1に位
置合わせして一体化するのに際して、磁石5をロアプレ
ート26の支持座42に置き、板部材1を支持板部材4の凹
部に収納してこの支持板部材4をスライダサポート32の
支持座38に置き、真空吸着孔38aから真空を作用させて
支持板部材4を固定的に保持する。この場合、板部材1
がほぼ所定の位置で所定の向きをなすように置く。それ
から、メタルマスク3を垂直位置にあるアッパプレート
16の支持座20に置き、真空吸着孔20aから真空を作用さ
せてメタルマスク3をアッパプレート16に固定的に保持
させる。この場合にも、メタルマスク3がほぼ所定の位
置で所定の向きをなすように置く。
次に、アッパプレート16を水平位置に旋回し、つまみ
16bによって上板10に固定する。それから、送りねじ28
を回してセンタープレート24を上昇させ、メタルマスク
3と板部材1との間隔を微小な間隔、例えば0.01mmから
0.1mmの範囲にする。そこでメタルマスク3の上方の顕
微鏡44を覗き、操作ロッド34を操作してスライダサポー
ト32をX,Y方向及び回転方向に微小に移動させつつ、メ
タルマスク3の穴2と板部材1の電極パッド9との整合
を確認する。メタルマスク3と板部材1との間隔が上記
範囲内にあれば、顕微鏡44による確認を確実に行うこと
ができる。
このようにしてメタルマスク3との板部材1との位置
合わせができたら、送りねじ28をさらに回してセンター
プレート24を上昇させ、板部材1をメタルマスク3に接
触させる。それから、送りねじ30を回してロアプレート
26を上昇させ、磁石5を板部材1の反対側の支持板部材
4に当接させ、そこで真空吸着孔38a及び真空吸着孔20a
からの真空を遮断する。これによって、メタルマスク
3、板部材1、及び支持板部材4が磁石5によって一体
化され、この一体化された構造は、アッパプレート16を
垂直位置に旋回すると、センタープレート24上のスライ
ダサポートから抜き出すことができ、それから例えば第
5図に示したはんだ蒸着装置に移送することができる。
〔発明の効果〕
本発明によるメタルマスク位置合わせ装置は、メタル
マスク、板部材、及び磁石をそれぞれ第1、第2、及び
第3の支持手段に支持させ、メタルマスクと板部材、及
び板部材と磁石との間隔を開けた状態で位置合わせを行
い、メタルマスクと板部材とを接触させて後で磁石を板
部材に近づけてメタルマスクを板部材に密着保持させる
ようにしたので、メタルマスクが板部材上を擦ることな
く位置合わせの微調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は第2図の部分拡大断面図、第2図は本発明の実
施例のメタルマスク位置合わせ装置を示す斜視図、第3
図はフリップチップ接合構造を示す図、第4図ははんだ
バンプを形成した板部材を示す平面図、第5図は従来の
はんだ蒸着装置を示す図である。 1……板部材、2……穴、 3……メタルマスク、4……支持板部材、 5……磁石、6……はんだバンプ、 9……電極パッド、16……アッパプレート、 24……センタープレート、26……ロアプレート、 28,30……送りねじ、32……スライダサポート、 44……顕微鏡。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 武彦 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−69936(JP,A) 実開 平2−17835(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/60

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】はんだバンプを形成すべき板部材(1)と
    メタルマスク(3)とを接触させて、該板部材の該メタ
    ルマスクとは反対側に配置した磁石(5)によって該メ
    タルマスクを該板部材に密着保持させるのに際して該メ
    タルマスクを該板部材に対して位置合わせするためのメ
    タルマスク位置合わせ装置であって、該メタルマスクを
    支持するための第1の支持手段(16)と、該板部材を支
    持するための第2の支持手段(24)と、該磁石を支持す
    るための第3の支持手段(26)とを備え、該第1の支持
    手段と該第2の支持手段の少なくとも一方が該メタルマ
    スクと該板部材とが相互に遠ざかりまたは近づくように
    移動可能であり、さらに該第3の支持手段が該磁石が該
    板部材に対して遠ざかりまたは近づくように移動可能で
    あり、該メタルマスクを該板部材に対して間隔を開けて
    位置合わせしてからこれらを相互に接触させた後で、該
    磁石を該板部材に近づけて該メタルマスクを該板部材に
    密着保持させるようにしたメタルマスク位置合わせ装
    置。
  2. 【請求項2】該はんだバンプを形成すべき板部材(1)
    が該メタルマスク(3)と支持板部材(4)との間に狭
    持され、該磁石(5)が該支持板部材の該板部材とは反
    対側に配置され、さらに該第2の支持手段(24)が該支
    持板部材を介して該板部材を支持する請求項1に記載の
    メタルマスク位置合わせ装置。
  3. 【請求項3】該第2の支持手段(24)と該第3の支持手
    段(26)とが同一方向に移動可能であり、該メタルマス
    クを該板部材に対して間隔を開けて位置合わせしてから
    該板部材を該メタルマスクに向かって移動させた後で、
    該磁石を該板部材に近づけるようにした請求項2に記載
    のメタルマスク位置合わせ装置。
  4. 【請求項4】該メタルマスクが該板部材に接触した状態
    で該メタルマスクを該第1の支持手段から取り外すこと
    ができ、さらに該磁石が該支持板部材に接触した状態で
    該磁石を該第3の支持手段から取り外すことができると
    ともに該支持板部材を該磁石とともに該第2の支持手段
    から取り外すことができる請求項2に記載のメタルマス
    ク位置合わせ装置。
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