JP3962197B2 - バンプ形成システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置等の対象物に対して電気的、機械的、熱的接続点となるバンプを形成するためのバンプ形成システムおよび半導体装置等の対象物を真空吸着する真空吸着ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置に対するバンプ形成方法については、既に数多く存在する。
【０００３】
例えばメッキ技術により半導体装置のパッド上に金属を析出させバンプを形成するメッキ法（従来技術１）、はんだペーストを半導体装置のパッド上に印刷した後、これを加熱することではんだペースト中のはんだの微粒子を溶融させ、後にこれがパッド上で固体化することでバンプを形成する印刷法（従来技術２）、金のワイヤの一端をパッド上に接続した後にこれを切断することでバンプを形成するスタッドバンプ法（従来技術３）がある。
更には、従来のはんだボールによるバンプを形成する方法として、第１には、米国特許第５２８４２８７号明細書および図面（従来技術４）で知られているように、はんだボールを真空吸引により治具に吸引した後にこれを半導体装置のパッド面上に搭載し、その後加熱してはんだボールを溶融させた後にこれを固体化させるものである。
第２には、日本国特許第２８９７３５６号公報（従来技術５）に記載されているように、はんだボールを網板を用いて真空吸着し、これを半導体装置のパッド面上に搭載し、その後加熱してはんだボールを溶融させた後にこれを固体化させるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術は、以下のような課題をそれぞれ有している。
【０００５】
一般にバンプの体積が大きいほど、半導体装置を電子回路基板上に接続した際の接続寿命を確保することが出来る。
しかし、従来技術１、２のメッキ法や印刷法では、充分な体積を有するバンプを形成することが原理上難しい。更にバンプに高さバラツキが生じるため、半導体装置を電子回路基板上に接続する際に、すべてのバンプについて正常な接続を実現することが難しいというが存在する。
一方、従来技術３のスタッドバンプ法には、ワイヤを製造できる材料が限定されるため、金など特定材質のバンプの形成にのみ適用することが出来るという問題が存在する。また、一個ずつバンプを形成するため、数万個のパッドを有する半導体装置に適用した場合、バンプ形成に多くの時間を費やしてしまうという課題が存在する。
【０００６】
また、従来技術４、５のはんだボール法では、バンプ高さのバラツキが少なく、かつ充分な体積を有するバンプを形成できるものの、構造が複雑でその製作に非常に微細な孔あけ加工技術が必要であるはんだボール真空吸着用の治具を使用する。この治具は、孔あけ数に比例して価格が高価になるため、バンプ数の多い半導体装置に対する場合は、バンプ形成コストが高くコスト面で課題がある。また網板を用いる場合ははんだボールに比して大きな直径を有する穴を加工するのみでよく、はんだボールの吸入の防止には網板を用いるため治具が簡便になる利点があるが、網板を用いるためにはんだボールの搭載位置が網線の上に来た場合、はんだボールの吸引位置がずれてしまうという課題があった。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決すべく、充分な体積を有し、かつ高さバラツキの少なく、しかも材料選定上の制約が少ない多数個のバンプを半導体装置等の対象物に高速で、且つ高信頼度で、容易に実現形成できるようにしたてバンプ形成システムを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、半導体装置等の対象物に多数個のバンプを一括形成するシステム構成を簡素化し、量産性に優れたバンプ形成を実現できるようにしたバンプ形成システムを提供することにある。
また、本発明の更に他の目的は、チップ等の対象物を吸着する位置による吸引力の変動を低減できるようにした真空吸着ヘッドを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、バンプ形成位置に対応させて多数の開口部の群を配列形成した板状の整列治具を整列ステージ上に載せ、多数の導電性粒子を収納する長方形形状の枠状部分と該枠状部分の両端の各々の下部に取り付けられて固定される駒の各々の下部に設けられた複数の溝の各々に挿入して駒間に張られる柔軟性を有する複数本のワイヤと前記枠状部分の両端の各々の下部に僅か突き出させた橇状部分とを有するスキージを前記板状の整列治具上を前記枠状部分の両端とほぼ直交する方向に一方から他方へと並進させることによって導電性粒子を前記板状の整列治具の開口部の群に順次充填しながら余分な導電性粒子を前記ワイヤで掻き落して導電性粒子の群を前記板状の整列治具に対して整列する整列装置と、該整列装置により整列された導電性粒子の群および該導電性粒子の群を整列させている板状の整列治具を吸着保持して前記整列ステージから離す吸着装置と、該吸着装置により吸着保持された導電性粒子の群および板状の整列治具を、バンプを形成するパッドの群が配列された対象物上に持ち来たし、前記板状の整列治具と前記対象物とを相対的に位置合わせをし、該位置合わせされた板状の整列治具と対象物とを接近させた状態で前記導電性粒子の群についての吸着装置による吸着保持を解放して前記導電性粒子の群を前記対象物上のパッドの群に移し替える移載制御装置とを備え、該移載制御装置により移し替えられた導電性粒子の群を対象物上のパッドの群に接合させてバンプを形成するように構成したことを特徴とするバンプ形成システムである。
また、本発明は、前記バンプ形成システムの整列装置において、導電性粒子の群を板状の整列治具に対して整列する際、板状の整列治具を載せた整列ステージを傾斜させて構成したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、バンプ形成位置に対応させて多数の開口部の群を配列形成した板状の整列治具を傾斜させた整列ステージ上に載せ、多数の導電性粒子を収納し、且つ掻き落し部材を有するスキージを前記傾斜した板状の整列治具上を高い方から低い方に向かって傾斜に沿って並進させることによって収納された導電性粒子を前記板状の整列治具の開口部の群に順次充填して導電性粒子の群を前記板状の整列治具に対して整列する整列装置と、該整列装置により整列された導電性粒子の群および該導電性粒子の群を整列させている板状の整列治具を吸着保持して前記整列ステージから離す吸着装置と、多孔質板を複数並設し、該多孔質板の各々の裏面に真空排気系に細孔を通して連通される真空溜めを形成し、前記多孔質板の各々によってバンプを形成するパッドの群が配列された一つまたは複数の対象物を真空吸着する吸着ステージと、前記吸着装置により吸着保持された導電性粒子の群および板状の整列治具を、前記吸着ステージに吸着された対象物上に持ち来たし、前記板状の整列治具と前記対象物とを相対的に位置合わせをし、該位置合わせされた板状の整列治具と前記対象物とを接近させた状態で前記導電性粒子の群についての吸着治具による吸着保持を解放して前記導電性粒子の群を前記対象物上のパッドの群に移し替える移載制御装置とを備え、該移載制御装置により移し替えられた導電性粒子の群を一つまたは複数の対象物上のパッドの群に接合させてバンプを形成するように構成したことを特徴とするバンプ形成システムである。
【００１０】
また、本発明は、基板（ウェハ）を複数枚収納したカセットが投入されるローダと、前記基板の外形位置および回転方向の基準形状を光学的に測定する複数のセンサと前記基板を載せる支持部材を設けたターンテーブルとを有する位置決め機構と、前記基板を保持するロードアームを移動制御するロボット機構と、前記基板を載置するステージを備え、ロードステーションと移載ステーションとの間を搬送する搬送装置と、前記ロボット機構のロードアームの移動制御に基いて、前記ローダに投入されたカセットに収納された基板（ウェハ）を取り出して前記位置決め機構の上方へと移動させ、この移動させたとき前記基板をロードアームに保持した状態で、前記ターンテーブルの回転中心に対する前記基板中心の位置ずれ量を前記位置決め機構の複数のセンサで測定し、この測定された位置ずれ量に基いて前記ロードアームを微動制御して前記基板中心をターンテーブルの回転中心に位置決めし、この位置決めされた基板を前記支持部材で支持した状態で前記ターンテーブルを回転駆動制御して前記センサで前記基準形状を測定することによって前記基板の回転方向について位置決めし、この位置決めされた基板を前記ロボット機構のロードアームに保持して移動させてロードステーションにある前記搬送装置のステージ上に載置する制御手段と、前記整列装置と、前記吸着装置と、前記搬送装置によって移載ステーションまで搬送されたステージ上に載置された前記基板（ウェハ）上に持ち来たし、前記板状の整列治具と前記基板とを相対的に位置合わせをし、該位置合わせされた板状の整列治具と基板とを接近させた状態で前記導電性粒子の群についての吸着装置による吸着保持を解放して前記導電性粒子の群を前記基板上のパッドの群に移し替える移載制御装置とを備え、該移載制御装置により移し替えられた導電性粒子の群を基板上のパッドの群に接合させてバンプを形成するように構成することを特徴とするバンプ形成システムである。
【００１１】
また、本発明は、前記バンプ形成システムにおいて、更に、前記移載制御装置により対象物上のパッドの群に移し替えられた導電性粒子の群の状態を検査する外観検査装置と、該外観検査装置で検査された結果、抜けが許容数を越えて存在した場合には抜けているパッド上に導電性粒子を選択的に搭載し、または過剰が許容数を越えて存在した場合には過剰な導電性粒子を選択的に除去する補修装置とを備えたことを特徴とする。
また、本発明は、前記バンプ形成システムにおいて、前記吸着装置は、導電性粒子の群を吸着する部分に多孔質の基板を配置した真空吸着装置によって構成することを特徴とする。
また、本発明は、多孔質板を複数並設し、該多孔質板の各々の裏面に真空排気系に細孔を通して連通される真空溜めを形成し、前記多孔質板の各々によって一つまたは複数の対象物を真空吸着することを特徴とする真空吸着ヘッドである。
【００１２】
以上説明したように、前記構成によれば、十分な体積を有し、かつ高さバラツキの少なく、材料選定上の制約が少ないはんだボールなどの導電性粒子を用いたバンプ形成を一括して行うようにして、高速化を実現し、しかも高信頼度で、容易にバンプ形成を可能にすることができる。
また、前記構成によれば、半導体装置等の対象物に多数個のバンプを一括形成する装置構成を簡素化し、量産性に優れたバンプ形成を実現することができる。
また、前記構成によれば、はんだボール等の導電性粒子の過不足を検査し、必要に応じリトライ動作および修正動作を行うことにより、より一層の信頼性を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係るバンプ形成方法およびそのシステムの実施の形態について図面を用いて説明する。
図１には、本発明に係るバンプ形成の基本的なフローを示す。図２には、本発明に係るバンプ形成システムの基本的構成を示す。
即ち、本発明に係るバンプ形成の基本的なフローは、図１に示すように、投入工程１、粘着剤供給工程２、位置合わせ工程３、移載工程７、検査工程８、加熱工程９、洗浄工程１３、検査工程１４、および必要に応じて切断工程１５からなる主たるフローと、特に本発明の特徴とする整列工程４、検査工程５、および吸着工程６からなる第１の副なるフローと、補修工程１０、検査工程１１、および再生工程１２からなる第２の副なるフローとで構成される。
【００１４】
投入工程１は、バンプ形成システムに投入する工程である。即ち、投入工程１は、図２に示すように、半導体装置等のバンプを形成する対象物１００を収納したカセットをローダ５０１に挿入し、更に対象物１００をロードアーム等のロボット機構５０４によりローダ５０１に挿入されたカセットから取り出して位置合わせ機構５０３に搭載し、位置合わせ機構５０３により対象物１００上に形成されたノッチ等の基準マークを基準にして対象物１００を位置合わせをし、この位置合わせがなされた対象物１００を例えばロボット機構５０４によって搬送装置５２８上の微動ステージ２８０に搭載し、該搬送装置５２８を搬送軌道５０５に沿って搬送して粘着剤供給ステーションまで到達せしめる工程である。なお、投入工程１において投入される半導体装置等の対象物１００は、例えば図３に示すようにウェハのようにウェハ状態で供給される場合も、チップ状態に切り離し、基板等に固定されて供給される場合もある。
【００１５】
ところで、ローダ５０１とアンローダ５０４とは、同様な構成のユニットで、カセットの昇降を行うエレベータ機構と対象物１００の有無を判定するワークセンサとを有して構成される。エレベータ機構は、カセット内の対象物１００のピッチで昇降するピッチ送りと、ロボット機構５０４のアームに対象物１００を載せるための微動とを行う構造になっている。そして、ウェハ（基板）等の対象物１００が収納されたカセットがローダ５０１に投入されると、ロボット機構５０４は、ローダ５０１内のカセットから対象物１００を１枚取り出し、位置合わせ機構５０３に移載する。即ち、ロボット機構５０４は、ロードアームによりウェハ（基板）等の対象物１００をローダ５０１内のカセットから受け取ると、搬送軌道５０５上を位置合わせ機構５０３の近傍まで移動し、対象物１００を位置合わせ機構５０３の上に近づける。
【００１６】
ここで、図１７に具体的に示す位置合わせ機構５０３には、ターンテーブル５０３ｃの外周の基台５０３ｄ上に設けられたラインセンサ５０３ａと照明光学系（図示せず）とが対向するように４個所に設けてある。ただし、照明光学系は、ロードアームの旋回に支障のないように設置されている。ターンテーブル５０３ｃは、基台５０３ｄに対して回転自在に支持されている。サーボモータ５０３ｅは、基台５０３ｄに取り付けられ、ターンテーブル５０３ｃを回転駆動させるものである。角度センサ５０３ｆは、ターンテーブル５０３ｃの回転角度を検出するものである。従って、４つのラインセンサ５０３ａは、Ｘ軸およびＹ軸上に設けれている場合、ターンテーブル５０３ｃの回転中心（Ｘ０，Ｙ０）に対するロードアームに載せられて位置合わせ機構５０３上に位置付けされたウェハ等の対象物１００の外周位置のずれ量（＋ΔＳｘ，−ΔＳｘ，＋ΔＳｙ，−ΔＳｙ）を検出する。なお、このとき、ターンテーブル５０３ｃの回転中心（Ｘ０，Ｙ０）に対するウェハ等の対象物１００の中心位置のずれ量（Δｘ，Δｙ）と４つのラインセンサ５０３ａで検出されたずれ量（＋ΔＳｘ，−ΔＳｘ，＋ΔＳｙ，−ΔＳｙ）との間において、次に示す数式（１）〜（４）の関係を有することになる。
【００１７】
【数１】
＋ΔＳｘ＝（√（Ｒ2−Δｙ2））＋Δｘ−Ｒ （１）
−ΔＳｘ＝（√（Ｒ2−Δｙ2））−Δｘ−Ｒ （２）
＋ΔＳｙ＝（√（Ｒ2−Δｘ2））＋Δｙ−Ｒ （３）
−ΔＳｙ＝（√（Ｒ2−Δｘ2））−Δｙ−Ｒ （４）
但し、Ｒは、ウェハ等の対象物の半径を示す。
【００１８】
これらの関係から、位置合わせ機構５０３において、ロードアームに載せられたウェハ等の対象物１００の位置ずれ量（Δｘ，Δｙ）が算出され、この算出された位置ずれ量がロボット機構５０４の制御装置に送信される。するとロボット機構５０４において、ロードアームが駆動制御されてウェハ等の対象物１００の中心を位置合わせ機構５０３のターンテーブル５０３ｃの回転中心（Ｘ０，Ｙ０）に位置合わせして位置決めを行う。次に、位置合わせ機構５０３において、昇降ピン（支持部材）５０３ｂを上昇させることによって対象物１００をロードアームから持ち上げて退避する。すると対象物１００は昇降ピン５０３ｂによって支持される。再び、昇降ピン５０３ｂを本来の高さに復帰させ、角度センサ５０３ｆを有するサーボモータ５０３ｅを駆動制御して昇降ピン５０３ｂを有するターンテーブル５０３ｃを例えば時計回り方向に旋回させる。ところで、通常対象物１００の外周に形成されたノッチ（回転方向の基準形状）は、概ねカセット内部で揃えられて収納されている関係で、ロードアームによって昇降ピン５０３ｂに供給されるときも、揃えられることになる。他方、ラインセンサ５０３ａも例えば時計回り方向に３０度オフセットされて設置されている。従って、ターンテーブル５０３ｃが３０度前後旋回する間に、対象物１００のノッチ部分（回転方向の基準形状）が、４つのラインセンサ５０３ａの何れかにかかることになる。このときのラインセンサ５０３ａのノッチの読みから、対象物１００の回転方向のずれを計測し、この計測されるノッチ位置を正しく揃えるようにターンテーブル５０３ｃの旋回を制御する。通常の配置であれば、ターンテーブル５０３ｃを約３０度時計回りに旋回させることによって、対象物１００はノッチを基準にして回転方向に位置決めされることになる。
【００１９】
なお、対象物１００がオリフラ付ウェハの場合には、ターンテーブル５０３ｃの旋回によりラインセンサ５０３ａの読みが増減するので、その値から中心線を割り出すことによって、オリフラ付ウェハをオリフラ（回転方向の基準形状）を基準にして回転方向に位置決めすることができる。この場合でも、ラインセンサ５０３ａが３０度オフセットして設置されているので、ウェハ１００の移載時にオリフラがラインセンサに掛かって位置決めを狂わせる問題は生じにくい。
また、対象物１００がウェハ形状ではなく、基板形状の場合には、位置合わせ機構５０３を省略することができる。
【００２０】
次に、この位置合わせ機構５０３によって、Ｘ、Ｙ方向および回転方向について位置決めされたウェハ等の対象物１００は、再びロードアームによって昇降ピン５０３ｂから持ち上げられてロボット機構５０４の近傍に位置する搬送装置５２８上に設けられた微動ステージ２８０上に載せられて例えば真空吸着によって固定される。これにより、ウェハ等の対象物１００は、微動ステージ２８０上に位置決めされて固定されることになる。次に、対象物１００を固定した微動ステージ２８０を有する搬送装置５２８は、粘着剤供給ステーションまで搬送されることになる。
【００２１】
次に、粘着剤供給工程２に移行することになる。粘着剤供給工程２は、図２に示すように、粘着剤供給ステーションに設けられた粘着剤供給装置５２０により、搬送装置５２８により粘着剤供給ステーションまで搬送される対象物１００上のバンプ形成個所（パッド１０１）にフラックスやはんだペーストや導電性接着剤等の粘着剤１２０を供給する工程である。即ち、粘着剤供給工程２においては、図３に示すように、ウェハ等の対象物１００は、搬送装置５２８上に設けられた微動ステージ２８０に真空吸着により固定されている。そして、粘着剤供給工程２において、開口部２０１ａとパッド１０１とが対応する位置に位置付けされるように、開口部２０１ａのあるステンシル２０１を枠２０２に張ったマスク２００と対象物１００とを相対的に位置合わせをし、その後フラックス等の粘着剤１２０を開口部２０１ａを通して印刷等によって供給する。フラックス等の粘着剤１２０を印刷によって供給する場合には、フラックス等の粘着剤１２０はゴム製のスキージ２１０によってステンシル２０１に刷り込まれ、対象物１００上のパッド１０１に開口部２０１ａを通して印刷供給される。なお、使用する粘着剤の種類によっては、印刷ではなくスタンプ転写方式や、全面塗布方式やディスペンス方式を使用する場合もある。例えば粘着剤として流動性が中程度のフラックスを使用する場合はスタンプ転写を、流動性の極めて高いフラックスを使用する場合はスピンコートなどの全面塗布を、はんだ粒子をフラックス成分と混和したはんだペーストの場合はスクリーン印刷を、導電性接着剤を使用する場合はディスペンス方式を用いることが好ましい。
【００２２】
次に、本発明の特徴とする第１の副なるフローの実施例について説明する。
第１の副なるフローである整列工程４、検査工程５、および吸着工程６は、図２に示す複数の整列・吸着ステーションに設けられた整列装置５２２、外観検査装置３２０および吸着装置５２２において粘着剤供給工程２と並行して実行される。
【００２３】
整列装置５２２は、図４に示すように、１５〜３０度程度傾斜した傾斜整列ステージ３１０と、該傾斜整列ステージ３１０上に配置され、コの字型の枠２２２に、対象物１００のパッド１０１に相当する部分に開口部２２１ａを形成したステンシル（型板）２２１を張った構造のボールマスク（ボール整列用治具）２２０と、長方形形状の枠状部分２３０ａの長手方向の両端間に、掻き落し部材である複数本の柔軟性を有するワイヤ２３０ｃを張り渡した構造のボールスキージ（図４（ａ）には半割状態のボールスキージ２３０を示している。）２３０とによって構成される。即ち、図１８には、半割状態のボールスキージ２３０を拡大して示す。溝駒（駒）２３０ｄは、枠状部分２３０ａの両端の下部に形成された溝２３０ｅ内に取り付けられる。そして、ワイヤ２３０ｃは、上記溝駒２３０ｄの下面に設けられた溝２３０ｆに挿入して貼り付けられた直径０．０１ｍｍ程度のタングステン線とナイロン線を撚り合わせた糸で、直径０．０４ｍｍ程度に撚り上げてある。溝駒２３０ｄに形成されたワイヤ２３０ｃを挿入する溝２３０ｆの深さは、０．０５ｍｍ程度に形成されいる。そのため、ワイヤ２３０ｃは、溝駒２３０ｄの下面から突出せず、ボールスキージ２３０を傾斜整列ステージ３１０上に配置されたステンシル２２１に沿って移動させるとき、橇状部分２３０ｂの摺動を妨げることがない。また、溝駒２３０ｄは、枠状部分２３０ａと別部品であるため、微細加工を容易にすることができる。
【００２４】
ステンシル（型板）２２１は、対象物１００上に配列されたパッド１０１の位置に対応させてはんだボール１４０が整列される開口部２２１ａを配列形成した薄板状体である。
特に、図４（ｂ）（ｃ）および図５に示すように、傾斜したボールスキージ２３０が、ボールマスク２２０上を高い側から低い側に向かって傾斜に沿って移動するため、ボールスキージ２３０内に供給された導電性粒子である粒子状のはんだボール１４０は、自重によって傾斜に沿って落下し（転がり）、下側の枠状部分の近傍に位置するものから順次ステンシル（型板）２２１に形成された開口部２２１ａに挿入（充填）されていくことになる。そのため、下側の枠状部分の近傍からは、ワイヤ２３０ｃを無くして構成される。更に、最も上側のワイヤと上側の枠状部分との間の間隙は、はんだボールが入り込まないように形成されている。
更に、ステンシル２２１の厚さは、余分のはんだボールをワイヤ２３０ｃによって掻き落し易いように、はんだボールの直径よりわずか小さくしている。そして、ボールスキージ２３０における枠状部分２３０ａの長手方向の両端における下面には、はんだボール１４０の直径の半分程度突出させた橇状部分２３０ｂを形成している。従って、橇状部分２３０ｂがステンシル２２１の表面に接触し、その間の枠状部分２３０ａの下面は、ステンシル２２１の表面との間にはんだボール１４０の直径の半分程度の隙間が形成され、ステンシル２２１の開口部２２１ａに挿入されたはんだボールと接触することはない。
【００２５】
以上説明したように、整列工程４では、多数の導電性粒子である粒子状のはんだボール１４０が供給されたボールスキージ２３０が、傾斜整列ステージ３１０と共に１５〜４５度程度傾斜したボールマスク２２０のステンシル２２１上を傾斜に沿って高い方から低い方へ向かって移動する。このとき、はんだボール１４０が傾斜に沿って転がり落しながらステンシル２２１の開口部２２１ａに順次充填されて行き、図４（ｃ）および図５に示す如く、余分に付着したはんだボール１４０ａについては、ワイヤ２３０ｃにより掻き落とされることになる。ワイヤ２３０ｃは、上記の如く、例えばタングステンの撚り線からなる柔軟性（力が加わると引き伸ばされ、力が除かれると元に戻る伸縮性を有する。）を有し、しかも余分のはんだボール１４０ａの真中より下の底の部分を押すように力が作用するため、余分なはんだボール１４０ａに過大な力がかかるのを無くして持ち上げるような力を作用させて、打痕・変形等のダメージを与えることがない。このように、余分のはんだボール１４０ａを、ボールスキージ２３０の移動方向と交叉する方向に張った掻き落し部材である複数本のワイヤ２３０ｃで掻き落すようにしたので、ステンシル２２１の表面からのワイヤ２３０ｃの高さ（はんだボールの半径以下）の設定が容易となり、しかもボールスキージ２３０の移動方向に変形しやすく余分なはんだボール１４０ａに過大な力がかかるのを無くすることが可能となる。
ここで、傾斜角度は、使用するはんだボール１４０の直径により、はんだボール１４０の転がり易さが変化するため、はんだボール１４０の直径に応じて設定角度を変化させれば良い。例えば、ボール径が０．５ｍｍ前後では２０度程度、０．４ｍｍ前後では２５度程度、０．３ｍｍ前後では３０度程度、０．２ｍｍ前後では４０度程度が好ましい。
【００２６】
図１９には、ワイヤ２３０ｃによる、余分なはんだボール１４０ａの除去の状態を示す。傾斜整列ステージ３１０上に設置されたボールマスク２２０のステンシル２２１に設けられた開口部２２１ａには、必要なはんだボール１４０ｂが転がり込んでいる。また、余分なはんだボール１４０ａが、必要なはんだボール１４０ｂとステンシル２２１に乗っている。ここで、ワイヤ２３０ｃがステンシル２２１に沿って移動すると、余分なはんだボール１４０ａにワイヤ２３０ｃが接触する。このとき、ワイヤ２３０ｃの高さが低いため、はんだボール１４０ａをステンシル２２１のなす面から引き離す方向に押すことになる。このため、余分なはんだボール１４０ａは、必要なはんだボール１４０ｂを強く押しつけてはじき出すなどの弊害を生じることなく除去される。このことから分かるように、溝駒２３０ｄに設けたワイヤ２３０ｃを埋め込む溝２３０ｆの深さは、はんだボール１４０の半径以下であることが望ましい。
最終的にボールスキージ２３０は、ボールマスク２２０の枠２２２の開口部から抜けだし、それに伴って使用されなかったはんだボール１４０は傾斜整列ステージ３１０の外に押し出され、排出される。そして、その後、傾斜整列ステージ３１０およびボールマスク２２０は、図４（ｄ）に示すように水平状態に復帰する。
【００２７】
なお、開口部２２１ａの直径は、整列工程４で使用するはんだボール１４０の直径の１倍以上かつ２倍未満（はんだボールが１個入り込み、２個は入り込めない条件）である。しかし、開口部２２１ａの直径を２倍近くに大きくすると、その分はんだボール１４０の位置決め精度が低下することになると共に、余分のはんだボール１４０ａが開口部２２１ａに入り込む量が大きくなってワイヤ２３０ｃで掻き落しずらくなる。例えば、対象物１００上のパッド１０１の大きさが０．２ｍｍ程度で、はんだボール１４０の直径が０．３ｍｍ程度の場合、はんだボールの位置ずれ量として、０．１ｍｍ程度は許容することができる。従って、開口部２２１ａの直径は、はんだボールの直径の１．１倍〜１．５倍程度が好ましいことになる。
【００２８】
また、ステンシル２２１における開口部２２１ａは、ドリルなどによる機械的除去加工により加工可能であるほか、エッチングやアディティブ加工といった化学的な加工によっても加工することが可能であり、開口部２２１ａの数などにより適切な加工方法を選択することで比較的安価にステンシル２２１を取得することが可能となり、その結果安価なボールマスク２２０を実現することが可能となる。
基本的には、多数の粒子状のはんだボール１４０が供給されたボールスキージ２３０を、ステンシル２２１上を傾斜に沿って高い方から低い方へ向かって移動させることによって、はんだボール１４０を傾斜に沿って転がり落しながらステンシル２２１の開口部２２１ａに順次充填して行き、掻き落し部材であるワイヤ２３０ｃやブラシやヘラ状のスキージ（図示せず）により打痕・変形等のダメージを与えることなく余分のはんだボール１４０ａを掻き落すことにある。
【００２９】
なお、以上説明した整列工程４では、多数の導電性粒子である粒子状のはんだボール１４０が供給されて収納されたボールスキージ２３０が、傾斜整列ステージ３１０と共に１５〜４５度程度傾斜したボールマスク２２０のステンシル２２１上を傾斜に沿って高い方から低い方へ向かって移動するようにして、多数のはんだボール１４０を傾斜に沿って転がしてボールマスク２２０に穿設された開口部２２１ａに充填しやすくしたが、ボールスキージ２３０に収納されるはんだボールの数が少なくなったりした場合、掻き落し部材を工夫することによって、整列ステージ３１０やその上に載るボールマスク２３０を必ずしも傾ける必要はない。また、整列ステージ３１０やボールマスク２２０等を傾斜させた場合、ボールスキージ２３０に収納されるはんだボールの数が少ないために、余分なはんだボール１４０ａが開口部２２１ａに充填されたはんだボールに引っ掛からなければ、必ずしもワイヤ２３０ｃなどの掻き落し部材を設ける必要はない。
【００３０】
次に、検査工程５において、外観検査装置３２０を、図６（ａ）に示すように、ボールスキージ２３０を退去させた状態で整列装置５２２上に置き、この外観検査装置３２０により整列工程４で充填されたはんだボールの有無を検査する。即ち、外観検査装置３２０は、例えば暗視野照明する照明系（図示せず）と、はんだボールを含めたステンシル２２１からの散乱反射光による像を結像させるレンズ３２２、および該レンズ３２２で結像したはんだボールの像を撮像するＣＣＤカメラ３２１からなる検出光学系と、これら照明光学系および検出光学系を移動させる移動機構３２３と、上記検出光学系のＣＣＤカメラ３２１から得られるはんだボールを顕在化した画像を処理して全ての開口部２２１ａに充填されたはんだボールの有無を判定し、該判定に基いて図６（ｂ）に示すように、異常、合格、不合格の判断をする画像処理部（図示せず）とで構成される。
このように検査工程５では、移動機構３２３によって照明光学系および検出光学系を２次元的に走行することによって、ＣＣＤカメラ３２１からは開口部２２１ａに充填されたはんだボール１４０について明るいリング状の画像として顕在化して検出され、はんだボールの有無が順次画像処理によって検査され、異常、不合格、合格の判断が行われる。
この結果、はんだボール１４０の充填が合格ならば吸着工程６へ進み、不合格であれば整列工程４に戻り、再度はんだボールの充填を行う。はんだボールの欠損数が多い場合には、ボールスキージ２３０内にはんだボールを供給した状態で再度ボールスキージ２３０を走行させて行う。また、はんだボールの過剰数が多い場合には、空の状態で再度ボールスキージ２３０を走行させてワイヤ２３０ｃやブラシやヘラ状のスキージによる掻き落しで行う。
【００３１】
はんだボール１４０の充填状況が極端に悪い場合や、整列工程４を繰り返しても合格にならない場合にはボールマスク２２０の汚れや、はんだボール１４０のサイズの異常などに起因するため、異常と見なしアラーム処理を行う。通常はオペレータコールによる整列装置５２２のメンテナンス作業が実施される。
なお、外観検査装置３２０の画像処理部における各々の判断の境界値（許容ボール欠損数、許容ボール過剰数、許容リトライ回数等）は、要求歩留りや必要な生産タクト及び一括搭載はんだボール数などに応じ適宜変更する。即ち、許容の限界は、バンプ形成の品種に応じて設定される。
【００３２】
次に、吸着工程６において、外観検査装置３２０を退避させ、図７（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、吸着装置５２２を持ち込んで、降下させることによって、ボールマスク２２０と充填されたはんだボール１４０とが吸着ヘッド２４０によって吸着される。
吸着ヘッド２４０の構造は、図７（ａ）に断面で示すように、筐体２４１に多孔質板２４２を埋め込み、さらに多孔質板２４２の周辺にはマスク吸着穴２４３が複数設けて構成される。更に、多孔質板２４２は多孔質板排気穴２４４を連通し、マスク吸着穴２４３はマスク排気穴２４５を連通し、これら多孔質板２４２とマスク排気穴２４３とは独立に吸着するしないを選択できるように構成されている。多孔質板２４２は、様々な種類のボールマスクでも充填されたはんだボール１４０を一括吸着できるように、例えば目の細かい多孔質セラミックで形成される。そして、この多孔質セラミックの目の粗さは、はんだボール１４０を吸着したときにはんだボール１４０の表面に傷を付けないように、しかも吸着位置にムラがないように、はんだボール１４０の直径の１／５程度以下にすることが望ましい。特に、ボールマスク２２０に充填された多数のはんだボール１４０の群を多孔質板２４２によって吸着するため、ボールマスク２２０無しでは、吸着されたはんだボールの位置がずれる可能性がある。そのため、吸着ヘッド２４０に、ボールマスク２２０も一緒に吸着することによってはんだボールの位置ずれを防止することができる。
【００３３】
吸着ヘッド２４０は、図７に示すように、ヘッド移動機構２５０によって傾斜整列ステージ３１０の上方に移動し、ボールマスク２２０に填り込むように降下する。この結果、多孔質板２４０は全ての整列済みのはんだボール１４０の群に対向することになる。ここで、吸着ヘッド２４０を降下した際の吸着ヘッド２４０の先端面とステンシル２２１の上面との間の間隙量は、多孔質板２４２が、はんだボール１４０及びステンシル２２１を押しつけないように、かつはんだボール１４０が開口部２２１ａから飛び出さないよう、はんだボール１４０の直径の半分以下程度に制限することが望ましい。その後、多孔質排気穴２４４およびマスク排気穴２４５から真空排気が行われ、各々はんだボール１４０の群、およびボールマスク２２０が吸着ヘッド２４０に吸着される。ここで、多孔質板２４２背面の真空圧は、はんだボール１４０にダメージを与えないように、適度な負圧（はんだボール径φ０．３ｍｍの比較的やわらかい錫鉛共晶はんだの場合、−１ｋＰａから−１０ｋＰａ程度）に留めることが望ましい。当然、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ等のＰｂフリーはんだの場合、錫鉛共晶はんだよりも硬くなるので、もう少し負圧を高めることができる。
以上により、第１の副なるフローである整列工程４、検査工程５、および吸着工程６が実行されて、対象物１００上に形成された多数のパッド１０１の群に対応させて整列された多数のはんだボール１４０の群を、ボールマスク２２０と共に吸着ヘッド２４０に吸着した状態のものが得られる。
【００３４】
次に、位置合わせ工程３において、図８（ａ）に示すように、搬送軌道５０５上において粘着剤供給ステーションから移載ステーションまで搬送装置５２８により搬送されて来た対象物１００上のパッド１０１の群と、整列・吸着ステーションから上記移載ステーションまで移動されてきた吸着装置５２２の吸着ヘッド２４０に吸着されたはんだボール１４０の群とを、相対的に位置合わせすることが行われる。即ち、ボールマスク２２０、およびはんだボール１４０は、吸着ヘッド２４０に吸着され、ヘッド移動装置２５０によって移載ステーションにおける対象物１００の上に移動する。そこで、対象物１００とボールマスク２２０との相対的位置ずれを、位置決め装置３００によって測定する。この位置決め装置３００としては、例えば図８（ａ）に示す如く、上下を同時に撮影できるプリズム３０３をレンズ３０１に搭載したＣＣＤカメラ３０２と、該ＣＣＤカメラ３０２から得られる画像信号を処理して相対的位置ずれ量を測定する画像処理部とによって構成することができる。
【００３５】
次に、図８（ｂ）（ｃ）に示すように、測定された相対的位置ずれ量に基いて、例えば対象物１００を搭載している微動ステージ２８０を面内方向に微動制御して対象物１００とボールマスク２２０との相対的位置ずれを補正し、ヘッド移動装置２５０を垂直に降下させることよって、最終的にはんだボール１４０の群がパッド１０１の群の直上に配置され、移載工程７に入ることになる。
移載工程７では、図９に示すように、はんだボール１４０の群のみを対象物１００のパッド１０１の群上に載せる。即ち、マスク排気穴２４５の真空排気は保持したまま、多孔質排気穴２４４を大気解放する。すると、図９（ａ）に示す状態から図９（ｂ）に示す状態へとはんだボール１４０のみがボールマスク２２０の開口部２２１ａより抜け出して、パッド１０１の上に落下する。既にパッド１０１の上には粘着剤１２０が供給されているため、はんだボール１４０は粘着剤１２０の粘着力によりパッド１０１の上に安定する。この後、図９（ｃ）に示すように、マスク排気穴２４５の真空排気を保持したまま吸着ヘッド２４０を上昇させ、傾斜整列ステージ３１０が置かれた整列・吸着ステーションまで戻し、マスク排気穴２４５を大気解放すれば、ボールマスク２２０は当初の位置に復帰することになる。
なお、整列・吸着ステーションは、図２に示すように複数設けられているので、位置合わせ工程３および移載工程７は交互に行われることになる。
【００３６】
次に、検査工程８において、図１０（ａ）に示すように、はんだボール１４０の搭載状況を検査する。図１０（ａ）に示すように、外観検査装置３２０’を搬送装置５２８における対象物１００の上方に移動させ、外観検査装置３２０’は、移載工程７で搭載されたはんだボール１４０の有無およびずれを検査し、画像処理部において図１０（ｂ）に示すように異常、合格、不合格を判断する。検査方法は、検査工程５と同様にしてもよい。但し、外観検査装置３２０’における照明系は、はんだボール１４０をパッドに対して顕在化するために、明視野照明によって構成してもよい。
この判断結果、はんだボール１４０の搭載が合格ならば、この合格の対象物１００を搬送装置５２８によりアンローダの近傍まで搬送し、ロボット機構５０４によってアンローダ５０２内のカセットに収納する。そして、アンローダ５０２からカセットを取り出して加熱工程９に送られる。なお、合格の対象物１００をアンローダ５０２を介さずに直接加熱炉まで搬送してもよい。
【００３７】
判断結果が、不合格の場合、不合格の対象物は搬送装置５２８により補修ステーションまで搬送されて補修機構３４０を用いて補修工程１０が実行される。
【００３８】
なお、判断の結果、はんだボール１４０の搭載状況が極端に悪い場合は、異常と見なし対象物１００を搬送装置５２８によりアンローダの近傍まで搬送し、ロボット機構５０４によってアンローダ５０２内の異常カセットに収納すると共にアラーム処理を行う。そして、アンローダ５０２から異常カセットを取り出して再生工程１２に送る。通常は、オペレータコールによる吸着装置５２２および位置決め装置３００等のメンテナンス作業が実施される。なお、外観検査装置３２０’の画像処理部における各各々の判断の境界値（許容ボール欠損数、許容ボール過剰数、許容リトライ回数等）は、要求歩留りや必要な生産タクト及び一括搭載はんだボール数などに応じ適宜変更される。
【００３９】
次に、加熱工程９において、持ち込まれた合格の対象物１００を窒素リフロー炉に送り込み、加熱することにより導電性粒子であるはんだボール１４０を融解して粘着剤１２０のフラックスの働きでパッド１０１に接合し、図１２に示すはんだバンプ１６０が形成される。その後、フラックス残さの除去のため洗浄工程１３をへて、バンプ外観検査を行う検査工程１４を実施した後、対象物１００が例えばウェハの場合には図１２に示す切断工程１５により、個々のバンプ付きチップ１８０に分離される。
上記補修工程１０では、図２に示す如く、補修ステーションに設置された補修機構３４０を用いてはんだボール１４０の搭載の補修をおこなう。補修機構３４０は、図１１に示すアーム３４１、これに付属する真空ピンセット３４２、図２に示す真空ピンセット先端の清掃を行う拭き取りパッド３４３、新規ボールトレイ３４５および不良ボール回収トレイ３４６から構成される。補修工程１０では、検査工程８の検査結果を用い、余分な、または位置ずれしたのはんだボール１４０を、順次真空ピンセット３４２によって除去する。この除去したはんだボール１４０は不良ボール回収トレイ３４６に投入されて回収される。この間、真空ピンセット３４２の先端は、常に拭き取りパッド３４３を用いて付着した粘着剤１２０を拭き取り、清浄に保つ。この後、新規ボールトレイ３４５から、新規のはんだボール１４０を真空ピンセット３４２により順次補充する。このときの補充位置は、先の検査工程８で搭載漏れが検出されたパッド１０１の上、およびずれが検出されてはんだボール１４０が除去されたパッド１０１の上である。
【００４０】
補修工程１０の後、検査工程１１を実施する。ここでも、外観検査装置３２０’を用いた画像処理検査が行われる。ここで、異常がなければ対象物１００は加熱工程９に進むが、補修工程１０を経たにも関わらず、はんだボール１４０の搭載異常が検出された場合には、この対象物１００は再生工程１２に回されると共に、オペレータコールを含む異常処理が実施される。
再生工程１２は、基本的に異常処理であるので、オペレータの介入の元に実施される。再生工程１２では、フラックス等の粘着剤１２０を除去できる有機溶剤もしくは界面活性剤入りの洗浄水を用いた洗浄が行われ、はんだボール１４０は全て除去される。また、対象物１００の異常がないか、粘着剤供給工程２や整列工程４などに異常が見られないか確認作業が実施される。
【００４１】
次に、本発明に係るバンプ形成システムの基本シーケンスを図１３を用いて説明する。図２に示すように整列装置５２２は２組あるため、この整列工程４、検査工程５、吸着工程６の３工程を１組ずつ交互に実施される。一方、図２に示すバンプ形成システムの場合、搬送装置５２８が１組のため、ローダ１ａから、アンローダ１ｂまでは一連の動作として実行される。このため、整列工程４に時間を掛けることができ、全体のタクトタイムの向上に役立てることが可能となる。
次に、吸着装置５２２における吸着ヘッド２４０の具体的実施例について図１４を用いて説明する。図１４には、対象物１００がウェハの場合における吸着ヘッド２４０のウェハ対向面を示す。筐体２４１のほぼ中央に円形の多孔質板２４２が設けられており、その周辺に多数のマスク吸着穴２４３が配置されている。このため、吸着ヘッド２４０は、ウェハ１００のパッド１０１の配置、即ちボールマスク２２０におけるステンシル２２１の開口部２２１ａが変更されても、共用することができる。即ち、吸着装置５２２の吸着ヘッド２４０に多孔質板２４２を用い、ボールマスク２００と共に使用することにより、バンプ位置の設計変更があっても柔軟に対応できる利点がある。また、この吸着ヘッド２４０は、微動ステージ２８０上にウェハ等の対象物１００を載置して固定するためのチャックとしても用いることができる。
【００４２】
通常、チップ収量を高めるため、チップシュリンクが頻繁に行われ、ウェハ等の半導体装置１００内でのパッド１０１の配置も頻繁に変更されることが想定されるが、本発明の実施の形態によれば、フラックスマスク２００、およびボールマスク２２０を変更するのみで、パッド配置の変更に柔軟に対応することができる。特にステンシル２０１やステンシル２２１などのステンシルは、薄板にエッチングなどによる加工によって大量の穴加工を一括して実施できるため、ドリル加工などに比して安価であり、従来のボール搭載装置で真空吸着ヘッドが高価であった欠点を解消している。
また、本発明の実施の形態では、ウェハ等の半導体装置である対象物１００上のパッド数が数万個程度と数多くのても、バンプ１６０を一括して上記対象物１００上に形成することが可能となり、バンプ形成の量産性を飛躍的に向上させることが可能となる利点がある。
【００４３】
なお、本発明によりバンプが形成可能な半導体装置には、ウェハ状態のもの以外に、ウェハを樹脂等で保護したもの、ウェハ状態から一部を切り出したもの、ウェハ状態から切り出した一部をパッケージングしたものなどさまざまでり、バンプ形成の対象をウェハ状態のものに限定するものではないことは当然である。例えば、図１５に示す如く、複数の多孔質板２４２ａを配列した真空吸着ヘッド２８０ａを微動ステージ２８０上に設置して用いれば、中間基板１００ａに個片チップ１８０ａを複数個搭載した半導体装置に、前述したように整列されて吸着ヘッド２４０に吸着されたはんだボール１４０を一括して移載することによってバンプ形成することが可能となる。当然、個片チップ１８０ａに形成されたパッド（電極）の配置に合わせた開口部２２１ａを形成したステンシル２２１を有するボールマスク２２０を用意する必要が有る。
【００４４】
ところで、図１５には４チップ一括搭載の例を示したが、搭載チップ数は自由に変更することができる。この場合は、ウェハ一括搭載に較べてチップ数や、チップ外形寸法の変更には制限が生じるが、従来のチップ対応のはんだボールマウンタ装置を用いる用途の代替えとして使用することができるメリットがある。図２０には、微動ステージ２８０上に設置される図１５に示す真空吸着ヘッド２８０ａの内部構造を示す。図２０（ａ）は真空吸着ヘッド２８０ａの平面図、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、図２０（ｃ）は図２０（ａ）の矢視断面図である。各個片チップ１８０ａを吸着する各多孔質板２４２ａの裏側には真空溜り２４６が形成され、各真空溜り２４６はオリフィス状の細孔２４７を通して真空室２４８に接続されるため、各多孔質板２４２ａの吸着位置による吸引力の変動を低減している。特に、各多孔質板２４２ａの間は、空気等の気体が通らないように遮蔽されている。さらに、真空室２４８に連通する多孔質排気穴２４４と、中間基板１１０ａ等を吸着するための吸着穴２４３ａに連通される排気孔２４５とは、別系統の真空排気系統に接続されており、相互のリークが生じないように構成されている。
【００４５】
なお、図２０に示す真空吸着ヘッド２８０ａは、複数のチップを一括してピックアップする真空吸着ヘッドとしても使用することができる。また、そのとき、吸着穴２４３ａは、複数のチップが横方向にずれないようにするためのマスクを吸着するために用いることができる。また、各多孔質板２４２ａの配置によって吸着位置は決められるが、整列されたはんだボールを真空吸着する吸着ヘッド２４０としても、使用することが可能となる。
また、図１６に示すように、微動ステージ２８０上に設置される単一の長方形の多孔質板２４２ｂを設けた吸着ヘッド２８０ｂを用いることによって、複数チップに対して、前述したように整列されて吸着ヘッド２４０に吸着されたはんだボール１４０を一括して移載することによって一括搭載を行うことも当然可能である。このような場合は、小さなチップ１８０ｂを領域で一部を切り出し、モールドした後にはんだボールを搭載する用途にも使用できる。
【００４６】
以上説明した実施の形態では、吸着ヘッド２４０を真空吸着するように構成したが、マグネット吸着によって構成することもできる。しかし、電磁吸着の場合、ボールマスク（ボール整列用治具）２２０および／または吸着ヘッド２４０に対して工夫する必要が有る。即ち、吸着工程６においては、ボールマスク２２０およびはんだボール（導電性粒子）１４０の群を吸着ヘッド２４０に吸着保持して傾斜整列ステージ３１０から持ち上げる必要が有り、更に移載工程７においては、ボールマスク２２０を吸着ヘッド２４０に保持した状態ではんだボール（導電性粒子）１４０のみ半導体装置１００のパッド１０１上に載せることができればよい。従って、ボールマスク２２０のステンシル２２１を電磁吸着されない材料、例えば硬質の樹脂材もしくはセラミック材等で形成し、ステンシル２２１を張る枠２０２を電磁吸着する金属材料で形成し、吸着ヘッド２４０は該枠２０２を電磁吸着できるように構成すればよい。これにより、移載工程７においては、はんだボール１４０の群に対してのみ電磁吸着をＯＦＦすることにより、ボールマスク２２０を吸着ヘッド２４０に保持した状態で、はんだボール（導電性粒子）１４０のみ半導体装置１００のパッド１０１上に載せることができることになる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、充分な体積を有し、かつ高さバラツキの少なく、しかも材料選定上の制約が少ない数多くのバンプを、一括して半導体装置等の対象物のパッド上に高速で、且つ高信頼度で、容易に形成することができる効果を奏する。
また、本発明によれば、使用する治具類として安価なものが使用でき、しかもシステムとしても単純な構成にすることができるので、量産性に優れたバンプ形成を実現することができる効果を奏する。
【００４８】
また、本発明によれば、はんだボールなどの導電性粒子をバンプ材料として使用できるため、様々な組成のバンプを形成するすることができる。
また、本発明によれば、チップ等の対象物を吸着する位置による吸引力の変動を低減できるようにした真空吸着ヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバンプ形成の基本的なフローを示す図である。
【図２】本発明に係るバンプ形成システムの基本的構成を示す平面図である。
【図３】本発明に係るバンプ形成フローのうち粘着剤供給工程を説明するための図である。
【図４】本発明に係るバンプ形成フローのうち整列工程を説明するための図である。
【図５】図４に示す整列工程において、掻き落し部材として複数本のワイヤを備えたボールスキージを用いてボールマスクの開口部にはんだボールを充填していく状態を示す断面図である。
【図６】本発明に係るバンプ形成フローのうち整列工程後の検査工程を説明するための図である。
【図７】本発明に係るバンプ形成フローのうち吸着工程を説明するための図である。
【図８】本発明に係るバンプ形成フローのうち位置合わせ工程を説明するための図である。
【図９】本発明に係るバンプ形成フローのうち移載工程を説明するための図である。
【図１０】本発明に係るバンプ形成フローのうち移載工程後の検査工程を説明するための図である。
【図１１】本発明に係るバンプ形成フローのうち補修工程を説明するための図である。
【図１２】本発明に係るバンプ形成フローのうち切断工程を説明するための図である。
【図１３】本発明に係るバンプ形成システムのタイムチャートを示す図である。
【図１４】本発明に係る吸着ヘッドの一実施例を示す平面図である。
【図１５】本発明に係る吸着ヘッドの変形例を示す平面図および対象半導体装置を示す図である。
【図１６】本発明に係る吸着ヘッドの別の変形例を示す平面図および対象半導体装置を示す図である。
【図１７】本発明に係る位置決め機構の一実施例の外観を示す斜視図である。
【図１８】本発明に係る半割状態のボールスキージの一実施例を拡大して示した斜視図である。
【図１９】本発明に係るボールスキージを走行させてボールマスクの開口部の群にはんだボールを充填整列させる状態を拡大して示した図である。
【図２０】本発明に係る真空吸着ヘッドの一実施例の具体的構造を示す図である。
【符号の説明】
１…投入工程、２…粘着剤供給工程、３…位置合わせ工程、４…整列工程、５…検査工程、６…吸着工程、７…移載工程、８…検査工程、９…加熱工程、１０…補修工程、１１…検査工程、１２…再生工程、１３…洗浄工程、１４…検査工程、１５…切断工程、１００…対象物（ウェハ）、１０１…パッド、１２０…粘着剤、１４０…はんだボール、１６０…バンプ、１８０…バンプ付きチップ、２００…マスク、２０１…ステンシル、２０１ａ…開口部、２０２…枠、２１０…スキージ、２２０…ボールマスク、２２１…ステンシル、２２１ａ…開口部、２２２…枠、２３０…ボールスキージ、２３０ａ…枠状部分、２３０ｂ…橇状部分、２３０ｃ…ワイヤ（掻き落し部材）、２３０ｄ…溝駒（駒）、２３０ｅ…溝、２３０ｆ…溝、２４０…吸着ヘッド、２４１…筐体、２４２、２４２ａ、２４２ｂ…多孔質板、２４３…マスク吸着穴、２４３ａ…吸着穴、２４４…排気穴、２４６…真空溜り、２４７…細孔、２４８…真空室、２５０…ヘッド移動装置、２８０…微動ステージ、２８０ａ…吸着ヘッド、３００…位置決め装置、３０１…ＣＣＤカメラ、３０２…レンズ、３０３…プリズム、３１０…傾斜整列ステージ、３２０、３２０’…外観検査装置、３２１…ＣＣＤカメラ、３２２…レンズ、３２３…移動機構、３４０…補修機構、３４１…アーム、３４２…真空ピンセット、３４３…拭き取りパッド、３４５…新規ボールトレイ、３４６…不良ボール回収トレイ、５００…装置筐体、５０１…ローダ、５０２…アンローダ、５０３…位置合わせ機構、５０３ａ…ラインセンサ、５０３ｂ…昇降ピン（支持部材）、５０３ｃ…ターンテーブル、５０３ｄ…基台、５０３ｅ…サーボモータ、５０３ｆ…角度センサ、５０４…ロボット機構、５０５…搬送軌道、５２０…粘着剤供給装置、５２２…整列装置、５２４…吸着装置、５２８…搬送装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置等の対象物に対して電気的、機械的、熱的接続点となるバンプを形成するためのバンプ形成システムおよび半導体装置等の対象物を真空吸着する真空吸着ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置に対するバンプ形成方法については、既に数多く存在する。
【０００３】
例えばメッキ技術により半導体装置のパッド上に金属を析出させバンプを形成するメッキ法（従来技術１）、はんだペーストを半導体装置のパッド上に印刷した後、これを加熱することではんだペースト中のはんだの微粒子を溶融させ、後にこれがパッド上で固体化することでバンプを形成する印刷法（従来技術２）、金のワイヤの一端をパッド上に接続した後にこれを切断することでバンプを形成するスタッドバンプ法（従来技術３）がある。
更には、従来のはんだボールによるバンプを形成する方法として、第１には、米国特許第５２８４２８７号明細書および図面（従来技術４）で知られているように、はんだボールを真空吸引により治具に吸引した後にこれを半導体装置のパッド面上に搭載し、その後加熱してはんだボールを溶融させた後にこれを固体化させるものである。
第２には、日本国特許第２８９７３５６号公報（従来技術５）に記載されているように、はんだボールを網板を用いて真空吸着し、これを半導体装置のパッド面上に搭載し、その後加熱してはんだボールを溶融させた後にこれを固体化させるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術は、以下のような課題をそれぞれ有している。
【０００５】
一般にバンプの体積が大きいほど、半導体装置を電子回路基板上に接続した際の接続寿命を確保することが出来る。
しかし、従来技術１、２のメッキ法や印刷法では、充分な体積を有するバンプを形成することが原理上難しい。更にバンプに高さバラツキが生じるため、半導体装置を電子回路基板上に接続する際に、すべてのバンプについて正常な接続を実現することが難しいというが存在する。
一方、従来技術３のスタッドバンプ法には、ワイヤを製造できる材料が限定されるため、金など特定材質のバンプの形成にのみ適用することが出来るという問題が存在する。また、一個ずつバンプを形成するため、数万個のパッドを有する半導体装置に適用した場合、バンプ形成に多くの時間を費やしてしまうという課題が存在する。
【０００６】
また、従来技術４、５のはんだボール法では、バンプ高さのバラツキが少なく、かつ充分な体積を有するバンプを形成できるものの、構造が複雑でその製作に非常に微細な孔あけ加工技術が必要であるはんだボール真空吸着用の治具を使用する。この治具は、孔あけ数に比例して価格が高価になるため、バンプ数の多い半導体装置に対する場合は、バンプ形成コストが高くコスト面で課題がある。また網板を用いる場合ははんだボールに比して大きな直径を有する穴を加工するのみでよく、はんだボールの吸入の防止には網板を用いるため治具が簡便になる利点があるが、網板を用いるためにはんだボールの搭載位置が網線の上に来た場合、はんだボールの吸引位置がずれてしまうという課題があった。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決すべく、充分な体積を有し、かつ高さバラツキの少なく、しかも材料選定上の制約が少ない多数個のバンプを半導体装置等の対象物に高速で、且つ高信頼度で、容易に実現形成できるようにしたてバンプ形成システムを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、半導体装置等の対象物に多数個のバンプを一括形成するシステム構成を簡素化し、量産性に優れたバンプ形成を実現できるようにしたバンプ形成システムを提供することにある。
また、本発明の更に他の目的は、チップ等の対象物を吸着する位置による吸引力の変動を低減できるようにした真空吸着ヘッドを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、バンプ形成位置に対応させて多数の開口部の群を配列形成した板状の整列治具を整列ステージ上に載せ、多数の導電性粒子を収納する長方形形状の枠状部分と該枠状部分の両端の各々の下部に取り付けられて固定される駒の各々の下部に設けられた複数の溝の各々に挿入して駒間に張られる柔軟性を有する複数本のワイヤと前記枠状部分の両端の各々の下部に僅か突き出させた橇状部分とを有するスキージを前記板状の整列治具上を前記枠状部分の両端とほぼ直交する方向に一方から他方へと並進させることによって導電性粒子を前記板状の整列治具の開口部の群に順次充填しながら余分な導電性粒子を前記ワイヤで掻き落して導電性粒子の群を前記板状の整列治具に対して整列する整列装置と、該整列装置により整列された導電性粒子の群および該導電性粒子の群を整列させている板状の整列治具を吸着保持して前記整列ステージから離す吸着装置と、該吸着装置により吸着保持された導電性粒子の群および板状の整列治具を、バンプを形成するパッドの群が配列された対象物上に持ち来たし、前記板状の整列治具と前記対象物とを相対的に位置合わせをし、該位置合わせされた板状の整列治具と対象物とを接近させた状態で前記導電性粒子の群についての吸着装置による吸着保持を解放して前記導電性粒子の群を前記対象物上のパッドの群に移し替える移載制御装置とを備え、該移載制御装置により移し替えられた導電性粒子の群を対象物上のパッドの群に接合させてバンプを形成するように構成したことを特徴とするバンプ形成システムである。
また、本発明は、前記バンプ形成システムの整列装置において、導電性粒子の群を板状の整列治具に対して整列する際、板状の整列治具を載せた整列ステージを傾斜させて構成したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、バンプ形成位置に対応させて多数の開口部の群を配列形成した板状の整列治具を傾斜させた整列ステージ上に載せ、多数の導電性粒子を収納し、且つ掻き落し部材を有するスキージを前記傾斜した板状の整列治具上を高い方から低い方に向かって傾斜に沿って並進させることによって収納された導電性粒子を前記板状の整列治具の開口部の群に順次充填して導電性粒子の群を前記板状の整列治具に対して整列する整列装置と、該整列装置により整列された導電性粒子の群および該導電性粒子の群を整列させている板状の整列治具を吸着保持して前記整列ステージから離す吸着装置と、多孔質板を複数並設し、該多孔質板の各々の裏面に真空排気系に細孔を通して連通される真空溜めを形成し、前記多孔質板の各々によってバンプを形成するパッドの群が配列された一つまたは複数の対象物を真空吸着する吸着ステージと、前記吸着装置により吸着保持された導電性粒子の群および板状の整列治具を、前記吸着ステージに吸着された対象物上に持ち来たし、前記板状の整列治具と前記対象物とを相対的に位置合わせをし、該位置合わせされた板状の整列治具と前記対象物とを接近させた状態で前記導電性粒子の群についての吸着治具による吸着保持を解放して前記導電性粒子の群を前記対象物上のパッドの群に移し替える移載制御装置とを備え、該移載制御装置により移し替えられた導電性粒子の群を一つまたは複数の対象物上のパッドの群に接合させてバンプを形成するように構成したことを特徴とするバンプ形成システムである。
【００１０】
また、本発明は、基板（ウェハ）を複数枚収納したカセットが投入されるローダと、前記基板の外形位置および回転方向の基準形状を光学的に測定する複数のセンサと前記基板を載せる支持部材を設けたターンテーブルとを有する位置決め機構と、前記基板を保持するロードアームを移動制御するロボット機構と、前記基板を載置するステージを備え、ロードステーションと移載ステーションとの間を搬送する搬送装置と、前記ロボット機構のロードアームの移動制御に基いて、前記ローダに投入されたカセットに収納された基板（ウェハ）を取り出して前記位置決め機構の上方へと移動させ、この移動させたとき前記基板をロードアームに保持した状態で、前記ターンテーブルの回転中心に対する前記基板中心の位置ずれ量を前記位置決め機構の複数のセンサで測定し、この測定された位置ずれ量に基いて前記ロードアームを微動制御して前記基板中心をターンテーブルの回転中心に位置決めし、この位置決めされた基板を前記支持部材で支持した状態で前記ターンテーブルを回転駆動制御して前記センサで前記基準形状を測定することによって前記基板の回転方向について位置決めし、この位置決めされた基板を前記ロボット機構のロードアームに保持して移動させてロードステーションにある前記搬送装置のステージ上に載置する制御手段と、前記整列装置と、前記吸着装置と、前記搬送装置によって移載ステーションまで搬送されたステージ上に載置された前記基板（ウェハ）上に持ち来たし、前記板状の整列治具と前記基板とを相対的に位置合わせをし、該位置合わせされた板状の整列治具と基板とを接近させた状態で前記導電性粒子の群についての吸着装置による吸着保持を解放して前記導電性粒子の群を前記基板上のパッドの群に移し替える移載制御装置とを備え、該移載制御装置により移し替えられた導電性粒子の群を基板上のパッドの群に接合させてバンプを形成するように構成することを特徴とするバンプ形成システムである。
【００１１】
また、本発明は、前記バンプ形成システムにおいて、更に、前記移載制御装置により対象物上のパッドの群に移し替えられた導電性粒子の群の状態を検査する外観検査装置と、該外観検査装置で検査された結果、抜けが許容数を越えて存在した場合には抜けているパッド上に導電性粒子を選択的に搭載し、または過剰が許容数を越えて存在した場合には過剰な導電性粒子を選択的に除去する補修装置とを備えたことを特徴とする。
また、本発明は、前記バンプ形成システムにおいて、前記吸着装置は、導電性粒子の群を吸着する部分に多孔質の基板を配置した真空吸着装置によって構成することを特徴とする。
また、本発明は、多孔質板を複数並設し、該多孔質板の各々の裏面に真空排気系に細孔を通して連通される真空溜めを形成し、前記多孔質板の各々によって一つまたは複数の対象物を真空吸着することを特徴とする真空吸着ヘッドである。
【００１２】
以上説明したように、前記構成によれば、十分な体積を有し、かつ高さバラツキの少なく、材料選定上の制約が少ないはんだボールなどの導電性粒子を用いたバンプ形成を一括して行うようにして、高速化を実現し、しかも高信頼度で、容易にバンプ形成を可能にすることができる。
また、前記構成によれば、半導体装置等の対象物に多数個のバンプを一括形成する装置構成を簡素化し、量産性に優れたバンプ形成を実現することができる。
また、前記構成によれば、はんだボール等の導電性粒子の過不足を検査し、必要に応じリトライ動作および修正動作を行うことにより、より一層の信頼性を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係るバンプ形成方法およびそのシステムの実施の形態について図面を用いて説明する。
図１には、本発明に係るバンプ形成の基本的なフローを示す。図２には、本発明に係るバンプ形成システムの基本的構成を示す。
即ち、本発明に係るバンプ形成の基本的なフローは、図１に示すように、投入工程１、粘着剤供給工程２、位置合わせ工程３、移載工程７、検査工程８、加熱工程９、洗浄工程１３、検査工程１４、および必要に応じて切断工程１５からなる主たるフローと、特に本発明の特徴とする整列工程４、検査工程５、および吸着工程６からなる第１の副なるフローと、補修工程１０、検査工程１１、および再生工程１２からなる第２の副なるフローとで構成される。
【００１４】
投入工程１は、バンプ形成システムに投入する工程である。即ち、投入工程１は、図２に示すように、半導体装置等のバンプを形成する対象物１００を収納したカセットをローダ５０１に挿入し、更に対象物１００をロードアーム等のロボット機構５０４によりローダ５０１に挿入されたカセットから取り出して位置合わせ機構５０３に搭載し、位置合わせ機構５０３により対象物１００上に形成されたノッチ等の基準マークを基準にして対象物１００を位置合わせをし、この位置合わせがなされた対象物１００を例えばロボット機構５０４によって搬送装置５２８上の微動ステージ２８０に搭載し、該搬送装置５２８を搬送軌道５０５に沿って搬送して粘着剤供給ステーションまで到達せしめる工程である。なお、投入工程１において投入される半導体装置等の対象物１００は、例えば図３に示すようにウェハのようにウェハ状態で供給される場合も、チップ状態に切り離し、基板等に固定されて供給される場合もある。
【００１５】
ところで、ローダ５０１とアンローダ５０４とは、同様な構成のユニットで、カセットの昇降を行うエレベータ機構と対象物１００の有無を判定するワークセンサとを有して構成される。エレベータ機構は、カセット内の対象物１００のピッチで昇降するピッチ送りと、ロボット機構５０４のアームに対象物１００を載せるための微動とを行う構造になっている。そして、ウェハ（基板）等の対象物１００が収納されたカセットがローダ５０１に投入されると、ロボット機構５０４は、ローダ５０１内のカセットから対象物１００を１枚取り出し、位置合わせ機構５０３に移載する。即ち、ロボット機構５０４は、ロードアームによりウェハ（基板）等の対象物１００をローダ５０１内のカセットから受け取ると、搬送軌道５０５上を位置合わせ機構５０３の近傍まで移動し、対象物１００を位置合わせ機構５０３の上に近づける。
【００１６】
ここで、図１７に具体的に示す位置合わせ機構５０３には、ターンテーブル５０３ｃの外周の基台５０３ｄ上に設けられたラインセンサ５０３ａと照明光学系（図示せず）とが対向するように４個所に設けてある。ただし、照明光学系は、ロードアームの旋回に支障のないように設置されている。ターンテーブル５０３ｃは、基台５０３ｄに対して回転自在に支持されている。サーボモータ５０３ｅは、基台５０３ｄに取り付けられ、ターンテーブル５０３ｃを回転駆動させるものである。角度センサ５０３ｆは、ターンテーブル５０３ｃの回転角度を検出するものである。従って、４つのラインセンサ５０３ａは、Ｘ軸およびＹ軸上に設けれている場合、ターンテーブル５０３ｃの回転中心（Ｘ０，Ｙ０）に対するロードアームに載せられて位置合わせ機構５０３上に位置付けされたウェハ等の対象物１００の外周位置のずれ量（＋ΔＳｘ，−ΔＳｘ，＋ΔＳｙ，−ΔＳｙ）を検出する。なお、このとき、ターンテーブル５０３ｃの回転中心（Ｘ０，Ｙ０）に対するウェハ等の対象物１００の中心位置のずれ量（Δｘ，Δｙ）と４つのラインセンサ５０３ａで検出されたずれ量（＋ΔＳｘ，−ΔＳｘ，＋ΔＳｙ，−ΔＳｙ）との間において、次に示す数式（１）〜（４）の関係を有することになる。
【００１７】
【数１】
＋ΔＳｘ＝（√（Ｒ2−Δｙ2））＋Δｘ−Ｒ （１）
−ΔＳｘ＝（√（Ｒ2−Δｙ2））−Δｘ−Ｒ （２）
＋ΔＳｙ＝（√（Ｒ2−Δｘ2））＋Δｙ−Ｒ （３）
−ΔＳｙ＝（√（Ｒ2−Δｘ2））−Δｙ−Ｒ （４）
但し、Ｒは、ウェハ等の対象物の半径を示す。
【００１８】
これらの関係から、位置合わせ機構５０３において、ロードアームに載せられたウェハ等の対象物１００の位置ずれ量（Δｘ，Δｙ）が算出され、この算出された位置ずれ量がロボット機構５０４の制御装置に送信される。するとロボット機構５０４において、ロードアームが駆動制御されてウェハ等の対象物１００の中心を位置合わせ機構５０３のターンテーブル５０３ｃの回転中心（Ｘ０，Ｙ０）に位置合わせして位置決めを行う。次に、位置合わせ機構５０３において、昇降ピン（支持部材）５０３ｂを上昇させることによって対象物１００をロードアームから持ち上げて退避する。すると対象物１００は昇降ピン５０３ｂによって支持される。再び、昇降ピン５０３ｂを本来の高さに復帰させ、角度センサ５０３ｆを有するサーボモータ５０３ｅを駆動制御して昇降ピン５０３ｂを有するターンテーブル５０３ｃを例えば時計回り方向に旋回させる。ところで、通常対象物１００の外周に形成されたノッチ（回転方向の基準形状）は、概ねカセット内部で揃えられて収納されている関係で、ロードアームによって昇降ピン５０３ｂに供給されるときも、揃えられることになる。他方、ラインセンサ５０３ａも例えば時計回り方向に３０度オフセットされて設置されている。従って、ターンテーブル５０３ｃが３０度前後旋回する間に、対象物１００のノッチ部分（回転方向の基準形状）が、４つのラインセンサ５０３ａの何れかにかかることになる。このときのラインセンサ５０３ａのノッチの読みから、対象物１００の回転方向のずれを計測し、この計測されるノッチ位置を正しく揃えるようにターンテーブル５０３ｃの旋回を制御する。通常の配置であれば、ターンテーブル５０３ｃを約３０度時計回りに旋回させることによって、対象物１００はノッチを基準にして回転方向に位置決めされることになる。
【００１９】
なお、対象物１００がオリフラ付ウェハの場合には、ターンテーブル５０３ｃの旋回によりラインセンサ５０３ａの読みが増減するので、その値から中心線を割り出すことによって、オリフラ付ウェハをオリフラ（回転方向の基準形状）を基準にして回転方向に位置決めすることができる。この場合でも、ラインセンサ５０３ａが３０度オフセットして設置されているので、ウェハ１００の移載時にオリフラがラインセンサに掛かって位置決めを狂わせる問題は生じにくい。
また、対象物１００がウェハ形状ではなく、基板形状の場合には、位置合わせ機構５０３を省略することができる。
【００２０】
次に、この位置合わせ機構５０３によって、Ｘ、Ｙ方向および回転方向について位置決めされたウェハ等の対象物１００は、再びロードアームによって昇降ピン５０３ｂから持ち上げられてロボット機構５０４の近傍に位置する搬送装置５２８上に設けられた微動ステージ２８０上に載せられて例えば真空吸着によって固定される。これにより、ウェハ等の対象物１００は、微動ステージ２８０上に位置決めされて固定されることになる。次に、対象物１００を固定した微動ステージ２８０を有する搬送装置５２８は、粘着剤供給ステーションまで搬送されることになる。
【００２１】
次に、粘着剤供給工程２に移行することになる。粘着剤供給工程２は、図２に示すように、粘着剤供給ステーションに設けられた粘着剤供給装置５２０により、搬送装置５２８により粘着剤供給ステーションまで搬送される対象物１００上のバンプ形成個所（パッド１０１）にフラックスやはんだペーストや導電性接着剤等の粘着剤１２０を供給する工程である。即ち、粘着剤供給工程２においては、図３に示すように、ウェハ等の対象物１００は、搬送装置５２８上に設けられた微動ステージ２８０に真空吸着により固定されている。そして、粘着剤供給工程２において、開口部２０１ａとパッド１０１とが対応する位置に位置付けされるように、開口部２０１ａのあるステンシル２０１を枠２０２に張ったマスク２００と対象物１００とを相対的に位置合わせをし、その後フラックス等の粘着剤１２０を開口部２０１ａを通して印刷等によって供給する。フラックス等の粘着剤１２０を印刷によって供給する場合には、フラックス等の粘着剤１２０はゴム製のスキージ２１０によってステンシル２０１に刷り込まれ、対象物１００上のパッド１０１に開口部２０１ａを通して印刷供給される。なお、使用する粘着剤の種類によっては、印刷ではなくスタンプ転写方式や、全面塗布方式やディスペンス方式を使用する場合もある。例えば粘着剤として流動性が中程度のフラックスを使用する場合はスタンプ転写を、流動性の極めて高いフラックスを使用する場合はスピンコートなどの全面塗布を、はんだ粒子をフラックス成分と混和したはんだペーストの場合はスクリーン印刷を、導電性接着剤を使用する場合はディスペンス方式を用いることが好ましい。
【００２２】
次に、本発明の特徴とする第１の副なるフローの実施例について説明する。
第１の副なるフローである整列工程４、検査工程５、および吸着工程６は、図２に示す複数の整列・吸着ステーションに設けられた整列装置５２２、外観検査装置３２０および吸着装置５２２において粘着剤供給工程２と並行して実行される。
【００２３】
整列装置５２２は、図４に示すように、１５〜３０度程度傾斜した傾斜整列ステージ３１０と、該傾斜整列ステージ３１０上に配置され、コの字型の枠２２２に、対象物１００のパッド１０１に相当する部分に開口部２２１ａを形成したステンシル（型板）２２１を張った構造のボールマスク（ボール整列用治具）２２０と、長方形形状の枠状部分２３０ａの長手方向の両端間に、掻き落し部材である複数本の柔軟性を有するワイヤ２３０ｃを張り渡した構造のボールスキージ（図４（ａ）には半割状態のボールスキージ２３０を示している。）２３０とによって構成される。即ち、図１８には、半割状態のボールスキージ２３０を拡大して示す。溝駒（駒）２３０ｄは、枠状部分２３０ａの両端の下部に形成された溝２３０ｅ内に取り付けられる。そして、ワイヤ２３０ｃは、上記溝駒２３０ｄの下面に設けられた溝２３０ｆに挿入して貼り付けられた直径０．０１ｍｍ程度のタングステン線とナイロン線を撚り合わせた糸で、直径０．０４ｍｍ程度に撚り上げてある。溝駒２３０ｄに形成されたワイヤ２３０ｃを挿入する溝２３０ｆの深さは、０．０５ｍｍ程度に形成されいる。そのため、ワイヤ２３０ｃは、溝駒２３０ｄの下面から突出せず、ボールスキージ２３０を傾斜整列ステージ３１０上に配置されたステンシル２２１に沿って移動させるとき、橇状部分２３０ｂの摺動を妨げることがない。また、溝駒２３０ｄは、枠状部分２３０ａと別部品であるため、微細加工を容易にすることができる。
【００２４】
ステンシル（型板）２２１は、対象物１００上に配列されたパッド１０１の位置に対応させてはんだボール１４０が整列される開口部２２１ａを配列形成した薄板状体である。
特に、図４（ｂ）（ｃ）および図５に示すように、傾斜したボールスキージ２３０が、ボールマスク２２０上を高い側から低い側に向かって傾斜に沿って移動するため、ボールスキージ２３０内に供給された導電性粒子である粒子状のはんだボール１４０は、自重によって傾斜に沿って落下し（転がり）、下側の枠状部分の近傍に位置するものから順次ステンシル（型板）２２１に形成された開口部２２１ａに挿入（充填）されていくことになる。そのため、下側の枠状部分の近傍からは、ワイヤ２３０ｃを無くして構成される。更に、最も上側のワイヤと上側の枠状部分との間の間隙は、はんだボールが入り込まないように形成されている。
更に、ステンシル２２１の厚さは、余分のはんだボールをワイヤ２３０ｃによって掻き落し易いように、はんだボールの直径よりわずか小さくしている。そして、ボールスキージ２３０における枠状部分２３０ａの長手方向の両端における下面には、はんだボール１４０の直径の半分程度突出させた橇状部分２３０ｂを形成している。従って、橇状部分２３０ｂがステンシル２２１の表面に接触し、その間の枠状部分２３０ａの下面は、ステンシル２２１の表面との間にはんだボール１４０の直径の半分程度の隙間が形成され、ステンシル２２１の開口部２２１ａに挿入されたはんだボールと接触することはない。
【００２５】
以上説明したように、整列工程４では、多数の導電性粒子である粒子状のはんだボール１４０が供給されたボールスキージ２３０が、傾斜整列ステージ３１０と共に１５〜４５度程度傾斜したボールマスク２２０のステンシル２２１上を傾斜に沿って高い方から低い方へ向かって移動する。このとき、はんだボール１４０が傾斜に沿って転がり落しながらステンシル２２１の開口部２２１ａに順次充填されて行き、図４（ｃ）および図５に示す如く、余分に付着したはんだボール１４０ａについては、ワイヤ２３０ｃにより掻き落とされることになる。ワイヤ２３０ｃは、上記の如く、例えばタングステンの撚り線からなる柔軟性（力が加わると引き伸ばされ、力が除かれると元に戻る伸縮性を有する。）を有し、しかも余分のはんだボール１４０ａの真中より下の底の部分を押すように力が作用するため、余分なはんだボール１４０ａに過大な力がかかるのを無くして持ち上げるような力を作用させて、打痕・変形等のダメージを与えることがない。このように、余分のはんだボール１４０ａを、ボールスキージ２３０の移動方向と交叉する方向に張った掻き落し部材である複数本のワイヤ２３０ｃで掻き落すようにしたので、ステンシル２２１の表面からのワイヤ２３０ｃの高さ（はんだボールの半径以下）の設定が容易となり、しかもボールスキージ２３０の移動方向に変形しやすく余分なはんだボール１４０ａに過大な力がかかるのを無くすることが可能となる。
ここで、傾斜角度は、使用するはんだボール１４０の直径により、はんだボール１４０の転がり易さが変化するため、はんだボール１４０の直径に応じて設定角度を変化させれば良い。例えば、ボール径が０．５ｍｍ前後では２０度程度、０．４ｍｍ前後では２５度程度、０．３ｍｍ前後では３０度程度、０．２ｍｍ前後では４０度程度が好ましい。
【００２６】
図１９には、ワイヤ２３０ｃによる、余分なはんだボール１４０ａの除去の状態を示す。傾斜整列ステージ３１０上に設置されたボールマスク２２０のステンシル２２１に設けられた開口部２２１ａには、必要なはんだボール１４０ｂが転がり込んでいる。また、余分なはんだボール１４０ａが、必要なはんだボール１４０ｂとステンシル２２１に乗っている。ここで、ワイヤ２３０ｃがステンシル２２１に沿って移動すると、余分なはんだボール１４０ａにワイヤ２３０ｃが接触する。このとき、ワイヤ２３０ｃの高さが低いため、はんだボール１４０ａをステンシル２２１のなす面から引き離す方向に押すことになる。このため、余分なはんだボール１４０ａは、必要なはんだボール１４０ｂを強く押しつけてはじき出すなどの弊害を生じることなく除去される。このことから分かるように、溝駒２３０ｄに設けたワイヤ２３０ｃを埋め込む溝２３０ｆの深さは、はんだボール１４０の半径以下であることが望ましい。
最終的にボールスキージ２３０は、ボールマスク２２０の枠２２２の開口部から抜けだし、それに伴って使用されなかったはんだボール１４０は傾斜整列ステージ３１０の外に押し出され、排出される。そして、その後、傾斜整列ステージ３１０およびボールマスク２２０は、図４（ｄ）に示すように水平状態に復帰する。
【００２７】
なお、開口部２２１ａの直径は、整列工程４で使用するはんだボール１４０の直径の１倍以上かつ２倍未満（はんだボールが１個入り込み、２個は入り込めない条件）である。しかし、開口部２２１ａの直径を２倍近くに大きくすると、その分はんだボール１４０の位置決め精度が低下することになると共に、余分のはんだボール１４０ａが開口部２２１ａに入り込む量が大きくなってワイヤ２３０ｃで掻き落しずらくなる。例えば、対象物１００上のパッド１０１の大きさが０．２ｍｍ程度で、はんだボール１４０の直径が０．３ｍｍ程度の場合、はんだボールの位置ずれ量として、０．１ｍｍ程度は許容することができる。従って、開口部２２１ａの直径は、はんだボールの直径の１．１倍〜１．５倍程度が好ましいことになる。
【００２８】
また、ステンシル２２１における開口部２２１ａは、ドリルなどによる機械的除去加工により加工可能であるほか、エッチングやアディティブ加工といった化学的な加工によっても加工することが可能であり、開口部２２１ａの数などにより適切な加工方法を選択することで比較的安価にステンシル２２１を取得することが可能となり、その結果安価なボールマスク２２０を実現することが可能となる。
基本的には、多数の粒子状のはんだボール１４０が供給されたボールスキージ２３０を、ステンシル２２１上を傾斜に沿って高い方から低い方へ向かって移動させることによって、はんだボール１４０を傾斜に沿って転がり落しながらステンシル２２１の開口部２２１ａに順次充填して行き、掻き落し部材であるワイヤ２３０ｃやブラシやヘラ状のスキージ（図示せず）により打痕・変形等のダメージを与えることなく余分のはんだボール１４０ａを掻き落すことにある。
【００２９】
なお、以上説明した整列工程４では、多数の導電性粒子である粒子状のはんだボール１４０が供給されて収納されたボールスキージ２３０が、傾斜整列ステージ３１０と共に１５〜４５度程度傾斜したボールマスク２２０のステンシル２２１上を傾斜に沿って高い方から低い方へ向かって移動するようにして、多数のはんだボール１４０を傾斜に沿って転がしてボールマスク２２０に穿設された開口部２２１ａに充填しやすくしたが、ボールスキージ２３０に収納されるはんだボールの数が少なくなったりした場合、掻き落し部材を工夫することによって、整列ステージ３１０やその上に載るボールマスク２３０を必ずしも傾ける必要はない。また、整列ステージ３１０やボールマスク２２０等を傾斜させた場合、ボールスキージ２３０に収納されるはんだボールの数が少ないために、余分なはんだボール１４０ａが開口部２２１ａに充填されたはんだボールに引っ掛からなければ、必ずしもワイヤ２３０ｃなどの掻き落し部材を設ける必要はない。
【００３０】
次に、検査工程５において、外観検査装置３２０を、図６（ａ）に示すように、ボールスキージ２３０を退去させた状態で整列装置５２２上に置き、この外観検査装置３２０により整列工程４で充填されたはんだボールの有無を検査する。即ち、外観検査装置３２０は、例えば暗視野照明する照明系（図示せず）と、はんだボールを含めたステンシル２２１からの散乱反射光による像を結像させるレンズ３２２、および該レンズ３２２で結像したはんだボールの像を撮像するＣＣＤカメラ３２１からなる検出光学系と、これら照明光学系および検出光学系を移動させる移動機構３２３と、上記検出光学系のＣＣＤカメラ３２１から得られるはんだボールを顕在化した画像を処理して全ての開口部２２１ａに充填されたはんだボールの有無を判定し、該判定に基いて図６（ｂ）に示すように、異常、合格、不合格の判断をする画像処理部（図示せず）とで構成される。
このように検査工程５では、移動機構３２３によって照明光学系および検出光学系を２次元的に走行することによって、ＣＣＤカメラ３２１からは開口部２２１ａに充填されたはんだボール１４０について明るいリング状の画像として顕在化して検出され、はんだボールの有無が順次画像処理によって検査され、異常、不合格、合格の判断が行われる。
この結果、はんだボール１４０の充填が合格ならば吸着工程６へ進み、不合格であれば整列工程４に戻り、再度はんだボールの充填を行う。はんだボールの欠損数が多い場合には、ボールスキージ２３０内にはんだボールを供給した状態で再度ボールスキージ２３０を走行させて行う。また、はんだボールの過剰数が多い場合には、空の状態で再度ボールスキージ２３０を走行させてワイヤ２３０ｃやブラシやヘラ状のスキージによる掻き落しで行う。
【００３１】
はんだボール１４０の充填状況が極端に悪い場合や、整列工程４を繰り返しても合格にならない場合にはボールマスク２２０の汚れや、はんだボール１４０のサイズの異常などに起因するため、異常と見なしアラーム処理を行う。通常はオペレータコールによる整列装置５２２のメンテナンス作業が実施される。
なお、外観検査装置３２０の画像処理部における各々の判断の境界値（許容ボール欠損数、許容ボール過剰数、許容リトライ回数等）は、要求歩留りや必要な生産タクト及び一括搭載はんだボール数などに応じ適宜変更する。即ち、許容の限界は、バンプ形成の品種に応じて設定される。
【００３２】
次に、吸着工程６において、外観検査装置３２０を退避させ、図７（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、吸着装置５２２を持ち込んで、降下させることによって、ボールマスク２２０と充填されたはんだボール１４０とが吸着ヘッド２４０によって吸着される。
吸着ヘッド２４０の構造は、図７（ａ）に断面で示すように、筐体２４１に多孔質板２４２を埋め込み、さらに多孔質板２４２の周辺にはマスク吸着穴２４３が複数設けて構成される。更に、多孔質板２４２は多孔質板排気穴２４４を連通し、マスク吸着穴２４３はマスク排気穴２４５を連通し、これら多孔質板２４２とマスク排気穴２４３とは独立に吸着するしないを選択できるように構成されている。多孔質板２４２は、様々な種類のボールマスクでも充填されたはんだボール１４０を一括吸着できるように、例えば目の細かい多孔質セラミックで形成される。そして、この多孔質セラミックの目の粗さは、はんだボール１４０を吸着したときにはんだボール１４０の表面に傷を付けないように、しかも吸着位置にムラがないように、はんだボール１４０の直径の１／５程度以下にすることが望ましい。特に、ボールマスク２２０に充填された多数のはんだボール１４０の群を多孔質板２４２によって吸着するため、ボールマスク２２０無しでは、吸着されたはんだボールの位置がずれる可能性がある。そのため、吸着ヘッド２４０に、ボールマスク２２０も一緒に吸着することによってはんだボールの位置ずれを防止することができる。
【００３３】
吸着ヘッド２４０は、図７に示すように、ヘッド移動機構２５０によって傾斜整列ステージ３１０の上方に移動し、ボールマスク２２０に填り込むように降下する。この結果、多孔質板２４０は全ての整列済みのはんだボール１４０の群に対向することになる。ここで、吸着ヘッド２４０を降下した際の吸着ヘッド２４０の先端面とステンシル２２１の上面との間の間隙量は、多孔質板２４２が、はんだボール１４０及びステンシル２２１を押しつけないように、かつはんだボール１４０が開口部２２１ａから飛び出さないよう、はんだボール１４０の直径の半分以下程度に制限することが望ましい。その後、多孔質排気穴２４４およびマスク排気穴２４５から真空排気が行われ、各々はんだボール１４０の群、およびボールマスク２２０が吸着ヘッド２４０に吸着される。ここで、多孔質板２４２背面の真空圧は、はんだボール１４０にダメージを与えないように、適度な負圧（はんだボール径φ０．３ｍｍの比較的やわらかい錫鉛共晶はんだの場合、−１ｋＰａから−１０ｋＰａ程度）に留めることが望ましい。当然、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ等のＰｂフリーはんだの場合、錫鉛共晶はんだよりも硬くなるので、もう少し負圧を高めることができる。
以上により、第１の副なるフローである整列工程４、検査工程５、および吸着工程６が実行されて、対象物１００上に形成された多数のパッド１０１の群に対応させて整列された多数のはんだボール１４０の群を、ボールマスク２２０と共に吸着ヘッド２４０に吸着した状態のものが得られる。
【００３４】
次に、位置合わせ工程３において、図８（ａ）に示すように、搬送軌道５０５上において粘着剤供給ステーションから移載ステーションまで搬送装置５２８により搬送されて来た対象物１００上のパッド１０１の群と、整列・吸着ステーションから上記移載ステーションまで移動されてきた吸着装置５２２の吸着ヘッド２４０に吸着されたはんだボール１４０の群とを、相対的に位置合わせすることが行われる。即ち、ボールマスク２２０、およびはんだボール１４０は、吸着ヘッド２４０に吸着され、ヘッド移動装置２５０によって移載ステーションにおける対象物１００の上に移動する。そこで、対象物１００とボールマスク２２０との相対的位置ずれを、位置決め装置３００によって測定する。この位置決め装置３００としては、例えば図８（ａ）に示す如く、上下を同時に撮影できるプリズム３０３をレンズ３０１に搭載したＣＣＤカメラ３０２と、該ＣＣＤカメラ３０２から得られる画像信号を処理して相対的位置ずれ量を測定する画像処理部とによって構成することができる。
【００３５】
次に、図８（ｂ）（ｃ）に示すように、測定された相対的位置ずれ量に基いて、例えば対象物１００を搭載している微動ステージ２８０を面内方向に微動制御して対象物１００とボールマスク２２０との相対的位置ずれを補正し、ヘッド移動装置２５０を垂直に降下させることよって、最終的にはんだボール１４０の群がパッド１０１の群の直上に配置され、移載工程７に入ることになる。
移載工程７では、図９に示すように、はんだボール１４０の群のみを対象物１００のパッド１０１の群上に載せる。即ち、マスク排気穴２４５の真空排気は保持したまま、多孔質排気穴２４４を大気解放する。すると、図９（ａ）に示す状態から図９（ｂ）に示す状態へとはんだボール１４０のみがボールマスク２２０の開口部２２１ａより抜け出して、パッド１０１の上に落下する。既にパッド１０１の上には粘着剤１２０が供給されているため、はんだボール１４０は粘着剤１２０の粘着力によりパッド１０１の上に安定する。この後、図９（ｃ）に示すように、マスク排気穴２４５の真空排気を保持したまま吸着ヘッド２４０を上昇させ、傾斜整列ステージ３１０が置かれた整列・吸着ステーションまで戻し、マスク排気穴２４５を大気解放すれば、ボールマスク２２０は当初の位置に復帰することになる。
なお、整列・吸着ステーションは、図２に示すように複数設けられているので、位置合わせ工程３および移載工程７は交互に行われることになる。
【００３６】
次に、検査工程８において、図１０（ａ）に示すように、はんだボール１４０の搭載状況を検査する。図１０（ａ）に示すように、外観検査装置３２０’を搬送装置５２８における対象物１００の上方に移動させ、外観検査装置３２０’は、移載工程７で搭載されたはんだボール１４０の有無およびずれを検査し、画像処理部において図１０（ｂ）に示すように異常、合格、不合格を判断する。検査方法は、検査工程５と同様にしてもよい。但し、外観検査装置３２０’における照明系は、はんだボール１４０をパッドに対して顕在化するために、明視野照明によって構成してもよい。
この判断結果、はんだボール１４０の搭載が合格ならば、この合格の対象物１００を搬送装置５２８によりアンローダの近傍まで搬送し、ロボット機構５０４によってアンローダ５０２内のカセットに収納する。そして、アンローダ５０２からカセットを取り出して加熱工程９に送られる。なお、合格の対象物１００をアンローダ５０２を介さずに直接加熱炉まで搬送してもよい。
【００３７】
判断結果が、不合格の場合、不合格の対象物は搬送装置５２８により補修ステーションまで搬送されて補修機構３４０を用いて補修工程１０が実行される。
【００３８】
なお、判断の結果、はんだボール１４０の搭載状況が極端に悪い場合は、異常と見なし対象物１００を搬送装置５２８によりアンローダの近傍まで搬送し、ロボット機構５０４によってアンローダ５０２内の異常カセットに収納すると共にアラーム処理を行う。そして、アンローダ５０２から異常カセットを取り出して再生工程１２に送る。通常は、オペレータコールによる吸着装置５２２および位置決め装置３００等のメンテナンス作業が実施される。なお、外観検査装置３２０’の画像処理部における各各々の判断の境界値（許容ボール欠損数、許容ボール過剰数、許容リトライ回数等）は、要求歩留りや必要な生産タクト及び一括搭載はんだボール数などに応じ適宜変更される。
【００３９】
次に、加熱工程９において、持ち込まれた合格の対象物１００を窒素リフロー炉に送り込み、加熱することにより導電性粒子であるはんだボール１４０を融解して粘着剤１２０のフラックスの働きでパッド１０１に接合し、図１２に示すはんだバンプ１６０が形成される。その後、フラックス残さの除去のため洗浄工程１３をへて、バンプ外観検査を行う検査工程１４を実施した後、対象物１００が例えばウェハの場合には図１２に示す切断工程１５により、個々のバンプ付きチップ１８０に分離される。
上記補修工程１０では、図２に示す如く、補修ステーションに設置された補修機構３４０を用いてはんだボール１４０の搭載の補修をおこなう。補修機構３４０は、図１１に示すアーム３４１、これに付属する真空ピンセット３４２、図２に示す真空ピンセット先端の清掃を行う拭き取りパッド３４３、新規ボールトレイ３４５および不良ボール回収トレイ３４６から構成される。補修工程１０では、検査工程８の検査結果を用い、余分な、または位置ずれしたのはんだボール１４０を、順次真空ピンセット３４２によって除去する。この除去したはんだボール１４０は不良ボール回収トレイ３４６に投入されて回収される。この間、真空ピンセット３４２の先端は、常に拭き取りパッド３４３を用いて付着した粘着剤１２０を拭き取り、清浄に保つ。この後、新規ボールトレイ３４５から、新規のはんだボール１４０を真空ピンセット３４２により順次補充する。このときの補充位置は、先の検査工程８で搭載漏れが検出されたパッド１０１の上、およびずれが検出されてはんだボール１４０が除去されたパッド１０１の上である。
【００４０】
補修工程１０の後、検査工程１１を実施する。ここでも、外観検査装置３２０’を用いた画像処理検査が行われる。ここで、異常がなければ対象物１００は加熱工程９に進むが、補修工程１０を経たにも関わらず、はんだボール１４０の搭載異常が検出された場合には、この対象物１００は再生工程１２に回されると共に、オペレータコールを含む異常処理が実施される。
再生工程１２は、基本的に異常処理であるので、オペレータの介入の元に実施される。再生工程１２では、フラックス等の粘着剤１２０を除去できる有機溶剤もしくは界面活性剤入りの洗浄水を用いた洗浄が行われ、はんだボール１４０は全て除去される。また、対象物１００の異常がないか、粘着剤供給工程２や整列工程４などに異常が見られないか確認作業が実施される。
【００４１】
次に、本発明に係るバンプ形成システムの基本シーケンスを図１３を用いて説明する。図２に示すように整列装置５２２は２組あるため、この整列工程４、検査工程５、吸着工程６の３工程を１組ずつ交互に実施される。一方、図２に示すバンプ形成システムの場合、搬送装置５２８が１組のため、ローダ１ａから、アンローダ１ｂまでは一連の動作として実行される。このため、整列工程４に時間を掛けることができ、全体のタクトタイムの向上に役立てることが可能となる。
次に、吸着装置５２２における吸着ヘッド２４０の具体的実施例について図１４を用いて説明する。図１４には、対象物１００がウェハの場合における吸着ヘッド２４０のウェハ対向面を示す。筐体２４１のほぼ中央に円形の多孔質板２４２が設けられており、その周辺に多数のマスク吸着穴２４３が配置されている。このため、吸着ヘッド２４０は、ウェハ１００のパッド１０１の配置、即ちボールマスク２２０におけるステンシル２２１の開口部２２１ａが変更されても、共用することができる。即ち、吸着装置５２２の吸着ヘッド２４０に多孔質板２４２を用い、ボールマスク２００と共に使用することにより、バンプ位置の設計変更があっても柔軟に対応できる利点がある。また、この吸着ヘッド２４０は、微動ステージ２８０上にウェハ等の対象物１００を載置して固定するためのチャックとしても用いることができる。
【００４２】
通常、チップ収量を高めるため、チップシュリンクが頻繁に行われ、ウェハ等の半導体装置１００内でのパッド１０１の配置も頻繁に変更されることが想定されるが、本発明の実施の形態によれば、フラックスマスク２００、およびボールマスク２２０を変更するのみで、パッド配置の変更に柔軟に対応することができる。特にステンシル２０１やステンシル２２１などのステンシルは、薄板にエッチングなどによる加工によって大量の穴加工を一括して実施できるため、ドリル加工などに比して安価であり、従来のボール搭載装置で真空吸着ヘッドが高価であった欠点を解消している。
また、本発明の実施の形態では、ウェハ等の半導体装置である対象物１００上のパッド数が数万個程度と数多くのても、バンプ１６０を一括して上記対象物１００上に形成することが可能となり、バンプ形成の量産性を飛躍的に向上させることが可能となる利点がある。
【００４３】
なお、本発明によりバンプが形成可能な半導体装置には、ウェハ状態のもの以外に、ウェハを樹脂等で保護したもの、ウェハ状態から一部を切り出したもの、ウェハ状態から切り出した一部をパッケージングしたものなどさまざまでり、バンプ形成の対象をウェハ状態のものに限定するものではないことは当然である。例えば、図１５に示す如く、複数の多孔質板２４２ａを配列した真空吸着ヘッド２８０ａを微動ステージ２８０上に設置して用いれば、中間基板１００ａに個片チップ１８０ａを複数個搭載した半導体装置に、前述したように整列されて吸着ヘッド２４０に吸着されたはんだボール１４０を一括して移載することによってバンプ形成することが可能となる。当然、個片チップ１８０ａに形成されたパッド（電極）の配置に合わせた開口部２２１ａを形成したステンシル２２１を有するボールマスク２２０を用意する必要が有る。
【００４４】
ところで、図１５には４チップ一括搭載の例を示したが、搭載チップ数は自由に変更することができる。この場合は、ウェハ一括搭載に較べてチップ数や、チップ外形寸法の変更には制限が生じるが、従来のチップ対応のはんだボールマウンタ装置を用いる用途の代替えとして使用することができるメリットがある。図２０には、微動ステージ２８０上に設置される図１５に示す真空吸着ヘッド２８０ａの内部構造を示す。図２０（ａ）は真空吸着ヘッド２８０ａの平面図、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、図２０（ｃ）は図２０（ａ）の矢視断面図である。各個片チップ１８０ａを吸着する各多孔質板２４２ａの裏側には真空溜り２４６が形成され、各真空溜り２４６はオリフィス状の細孔２４７を通して真空室２４８に接続されるため、各多孔質板２４２ａの吸着位置による吸引力の変動を低減している。特に、各多孔質板２４２ａの間は、空気等の気体が通らないように遮蔽されている。さらに、真空室２４８に連通する多孔質排気穴２４４と、中間基板１１０ａ等を吸着するための吸着穴２４３ａに連通される排気孔２４５とは、別系統の真空排気系統に接続されており、相互のリークが生じないように構成されている。
【００４５】
なお、図２０に示す真空吸着ヘッド２８０ａは、複数のチップを一括してピックアップする真空吸着ヘッドとしても使用することができる。また、そのとき、吸着穴２４３ａは、複数のチップが横方向にずれないようにするためのマスクを吸着するために用いることができる。また、各多孔質板２４２ａの配置によって吸着位置は決められるが、整列されたはんだボールを真空吸着する吸着ヘッド２４０としても、使用することが可能となる。
また、図１６に示すように、微動ステージ２８０上に設置される単一の長方形の多孔質板２４２ｂを設けた吸着ヘッド２８０ｂを用いることによって、複数チップに対して、前述したように整列されて吸着ヘッド２４０に吸着されたはんだボール１４０を一括して移載することによって一括搭載を行うことも当然可能である。このような場合は、小さなチップ１８０ｂを領域で一部を切り出し、モールドした後にはんだボールを搭載する用途にも使用できる。
【００４６】
以上説明した実施の形態では、吸着ヘッド２４０を真空吸着するように構成したが、マグネット吸着によって構成することもできる。しかし、電磁吸着の場合、ボールマスク（ボール整列用治具）２２０および／または吸着ヘッド２４０に対して工夫する必要が有る。即ち、吸着工程６においては、ボールマスク２２０およびはんだボール（導電性粒子）１４０の群を吸着ヘッド２４０に吸着保持して傾斜整列ステージ３１０から持ち上げる必要が有り、更に移載工程７においては、ボールマスク２２０を吸着ヘッド２４０に保持した状態ではんだボール（導電性粒子）１４０のみ半導体装置１００のパッド１０１上に載せることができればよい。従って、ボールマスク２２０のステンシル２２１を電磁吸着されない材料、例えば硬質の樹脂材もしくはセラミック材等で形成し、ステンシル２２１を張る枠２０２を電磁吸着する金属材料で形成し、吸着ヘッド２４０は該枠２０２を電磁吸着できるように構成すればよい。これにより、移載工程７においては、はんだボール１４０の群に対してのみ電磁吸着をＯＦＦすることにより、ボールマスク２２０を吸着ヘッド２４０に保持した状態で、はんだボール（導電性粒子）１４０のみ半導体装置１００のパッド１０１上に載せることができることになる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、充分な体積を有し、かつ高さバラツキの少なく、しかも材料選定上の制約が少ない数多くのバンプを、一括して半導体装置等の対象物のパッド上に高速で、且つ高信頼度で、容易に形成することができる効果を奏する。
また、本発明によれば、使用する治具類として安価なものが使用でき、しかもシステムとしても単純な構成にすることができるので、量産性に優れたバンプ形成を実現することができる効果を奏する。
【００４８】
また、本発明によれば、はんだボールなどの導電性粒子をバンプ材料として使用できるため、様々な組成のバンプを形成するすることができる。
また、本発明によれば、チップ等の対象物を吸着する位置による吸引力の変動を低減できるようにした真空吸着ヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバンプ形成の基本的なフローを示す図である。
【図２】本発明に係るバンプ形成システムの基本的構成を示す平面図である。
【図３】本発明に係るバンプ形成フローのうち粘着剤供給工程を説明するための図である。
【図４】本発明に係るバンプ形成フローのうち整列工程を説明するための図である。
【図５】図４に示す整列工程において、掻き落し部材として複数本のワイヤを備えたボールスキージを用いてボールマスクの開口部にはんだボールを充填していく状態を示す断面図である。
【図６】本発明に係るバンプ形成フローのうち整列工程後の検査工程を説明するための図である。
【図７】本発明に係るバンプ形成フローのうち吸着工程を説明するための図である。
【図８】本発明に係るバンプ形成フローのうち位置合わせ工程を説明するための図である。
【図９】本発明に係るバンプ形成フローのうち移載工程を説明するための図である。
【図１０】本発明に係るバンプ形成フローのうち移載工程後の検査工程を説明するための図である。
【図１１】本発明に係るバンプ形成フローのうち補修工程を説明するための図である。
【図１２】本発明に係るバンプ形成フローのうち切断工程を説明するための図である。
【図１３】本発明に係るバンプ形成システムのタイムチャートを示す図である。
【図１４】本発明に係る吸着ヘッドの一実施例を示す平面図である。
【図１５】本発明に係る吸着ヘッドの変形例を示す平面図および対象半導体装置を示す図である。
【図１６】本発明に係る吸着ヘッドの別の変形例を示す平面図および対象半導体装置を示す図である。
【図１７】本発明に係る位置決め機構の一実施例の外観を示す斜視図である。
【図１８】本発明に係る半割状態のボールスキージの一実施例を拡大して示した斜視図である。
【図１９】本発明に係るボールスキージを走行させてボールマスクの開口部の群にはんだボールを充填整列させる状態を拡大して示した図である。
【図２０】本発明に係る真空吸着ヘッドの一実施例の具体的構造を示す図である。
【符号の説明】
１…投入工程、２…粘着剤供給工程、３…位置合わせ工程、４…整列工程、５…検査工程、６…吸着工程、７…移載工程、８…検査工程、９…加熱工程、１０…補修工程、１１…検査工程、１２…再生工程、１３…洗浄工程、１４…検査工程、１５…切断工程、１００…対象物（ウェハ）、１０１…パッド、１２０…粘着剤、１４０…はんだボール、１６０…バンプ、１８０…バンプ付きチップ、２００…マスク、２０１…ステンシル、２０１ａ…開口部、２０２…枠、２１０…スキージ、２２０…ボールマスク、２２１…ステンシル、２２１ａ…開口部、２２２…枠、２３０…ボールスキージ、２３０ａ…枠状部分、２３０ｂ…橇状部分、２３０ｃ…ワイヤ（掻き落し部材）、２３０ｄ…溝駒（駒）、２３０ｅ…溝、２３０ｆ…溝、２４０…吸着ヘッド、２４１…筐体、２４２、２４２ａ、２４２ｂ…多孔質板、２４３…マスク吸着穴、２４３ａ…吸着穴、２４４…排気穴、２４６…真空溜り、２４７…細孔、２４８…真空室、２５０…ヘッド移動装置、２８０…微動ステージ、２８０ａ…吸着ヘッド、３００…位置決め装置、３０１…ＣＣＤカメラ、３０２…レンズ、３０３…プリズム、３１０…傾斜整列ステージ、３２０、３２０’…外観検査装置、３２１…ＣＣＤカメラ、３２２…レンズ、３２３…移動機構、３４０…補修機構、３４１…アーム、３４２…真空ピンセット、３４３…拭き取りパッド、３４５…新規ボールトレイ、３４６…不良ボール回収トレイ、５００…装置筐体、５０１…ローダ、５０２…アンローダ、５０３…位置合わせ機構、５０３ａ…ラインセンサ、５０３ｂ…昇降ピン（支持部材）、５０３ｃ…ターンテーブル、５０３ｄ…基台、５０３ｅ…サーボモータ、５０３ｆ…角度センサ、５０４…ロボット機構、５０５…搬送軌道、５２０…粘着剤供給装置、５２２…整列装置、５２４…吸着装置、５２８…搬送装置。
Claims (7)
- バンプ形成位置に対応させて多数の開口部の群を配列形成した板状の整列治具を整列ステージ上に載せ、多数の導電性粒子を収納する長方形形状の枠状部分と該枠状部分の両端の各々の下部に取り付けられて固定される駒の各々の下部に設けられた複数の溝の各々に挿入して駒間に張られる柔軟性を有する複数本のワイヤと前記枠状部分の両端の各々の下部に僅か突き出させた橇状部分とを有するスキージを前記板状の整列治具上を前記枠状部分の両端とほぼ直交する方向に一方から他方へと並進させることによって導電性粒子を前記板状の整列治具の開口部の群に順次充填しながら余分な導電性粒子を前記ワイヤで掻き落して導電性粒子の群を前記板状の整列治具に対して整列する整列装置と、
該整列装置により整列された導電性粒子の群および該導電性粒子の群を整列させている板状の整列治具を吸着保持して前記整列ステージから離す吸着装置と、
該吸着装置により吸着保持された導電性粒子の群および板状の整列治具を、バンプを形成するパッドの群が配列された対象物上に持ち来たし、前記板状の整列治具と前記対象物とを相対的に位置合わせをし、該位置合わせされた板状の整列治具と対象物とを接近させた状態で前記導電性粒子の群についての吸着装置による吸着保持を解放して前記導電性粒子の群を前記対象物上のパッドの群に移し替える移載制御装置とを備え、
該移載制御装置により移し替えられた導電性粒子の群を対象物上のパッドの群に接合させてバンプを形成するように構成したことを特徴とするバンプ形成システム。 - 前記整列装置において、導電性粒子の群を板状の整列治具に対して整列する際、板状の整列治具を載せた整列ステージを傾斜させて構成したことを特徴とする請求項１記載のバンプ形成システム。
- バンプ形成位置に対応させて多数の開口部の群を配列形成した板状の整列治具を傾斜させた整列ステージ上に載せ、多数の導電性粒子を収納し、且つ掻き落し部材を有するスキージを前記傾斜した板状の整列治具上を高い方から低い方に向かって傾斜に沿って並進させることによって収納された導電性粒子を前記板状の整列治具の開口部の群に順次充填して導電性粒子の群を前記板状の整列治具に対して整列する整列装置と、
該整列装置により整列された導電性粒子の群および該導電性粒子の群を整列させている板状の整列治具を吸着保持して前記整列ステージから離す吸着装置と、
多孔質板を複数並設し、該多孔質板の各々の裏面に真空排気系に細孔を通して連通される真空溜めを形成し、前記多孔質板の各々によってバンプを形成するパッドの群が配列された一つまたは複数の対象物を真空吸着する吸着ステージと、
前記吸着装置により吸着保持された導電性粒子の群および板状の整列治具を、前記吸着ステージに吸着された対象物上に持ち来たし、前記板状の整列治具と前記吸着ステージに吸着された対象物とを相対的に位置合わせをし、該位置合わせされた板状の整列治具と前記対象物とを接近させた状態で前記導電性粒子の群についての吸着治具による吸着保持を解放して前記導電性粒子の群を前記対象物上のパッドの群に移し替える移載制御装置とを備え、
該移載制御装置により移し替えられた導電性粒子の群を一つまたは複数の対象物上のパッドの群に接合させてバンプを形成するように構成したことを特徴とするバンプ形成システム。 - バンプを形成するパッドの群が配列された基板を複数枚収納したカセットが投入されるローダと、
前記基板の外形位置および回転方向の基準形状を光学的に測定する複数のセンサと前記基板を載せる支持部材を設けたターンテーブルとを有する位置決め機構と、
前記基板を保持するロードアームを移動制御するロボット機構と、
前記基板を載置するステージを備え、ロードステーションと移載ステーションとの間を搬送する搬送装置と、
前記ロボット機構のロードアームの移動制御に基いて、前記ローダに投入されたカセットに収納された基板を取り出して前記位置決め機構の上方へと移動させ、この移動させたとき前記基板をロードアームに保持した状態で、前記ターンテーブルの回転中心に対する前記基板中心の位置ずれ量を前記位置決め機構の複数のセンサで測定し、この測定された位置ずれ量に基いて前記ロードアームを微動制御して前記基板中心をターンテーブルの回転中心に位置決めし、この位置決めされた基板を前記支持部材で支持した状態で前記ターンテーブルを回転駆動制御して前記センサで前記基準形状を測定することによって前記基板の回転方向について位置決めし、この位置決めされた基板を前記ロボット機構のロードアームに保持して移動させてロードステーションにある前記搬送装置のステージ上に載置する制御手段と、
バンプ形成位置に対応させて多数の開口部の群を配列形成した板状の整列治具を整列ステージ上に載せ、供給された多数の導電性粒子を前記板状の整列治具の開口部の群に順次充填して導電性粒子の群を前記板状の整列治具に対して整列する整列装置と、
該整列装置により整列された導電性粒子の群および該導電性粒子の群を整列させている板状の整列治具を吸着保持して前記整列ステージから離す吸着装置と、
該吸着装置により吸着保持された導電性粒子の群および板状の整列治具を、前記搬送装置によって移載ステーションまで搬送されたステージ上に載置された前記基板上に持ち来たし、前記板状の整列治具と前記基板とを相対的に位置合わせをし、該位置合わせされた板状の整列治具と基板とを接近させた状態で前記導電性粒子の群についての吸着装置による吸着保持を解放して前記導電性粒子の群を前記基板上のパッドの群に移し替える移載制御装置とを備え、
該移載制御装置により移し替えられた導電性粒子の群を基板上のパッドの群に接合させてバンプを形成するように構成することを特徴とするバンプ形成システム。 - 更に、前記整列装置により板状の整列治具の開口部の群に整列された導電性粒子の群の状態を検査する外観検査装置を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のバンプ形成システム。
- 更に、前記移載制御装置により対象物上のパッドの群に移し替えられた導電性粒子の群の状態を検査する外観検査装置を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のバンプ形成システム。
- 更に、前記移載制御装置により対象物上のパッドの群に移し替えられた導電性粒子の群の状態を検査する外観検査装置と、該外観検査装置で検査された結果、抜けが許容数を越えて存在した場合には抜けているパッド上に導電性粒子を選択的に搭載し、または過剰が許容数を越えて存在した場合には過剰な導電性粒子を選択的に除去する補修装置とを備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のバンプ形成システム。
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