JP4078262B2 - ボール配列板、ボール配列装置、及びボール配列方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボール配列板、ボール配列装置、及びボール配列方法に関し、特に、複数の導電性ボールを一括保持して、ウエハや電子部品の電極上に一括搭載させるために用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において、半導体素子の電極部（電極パッド）と、プリント配線板等の電極部或いはＴＡＢテープのインナーリード等とを接続するための方法として、微小導電性ボールで形成されたバンプを介して両者を接合する方法が知られている（所謂ボールバンプ法）。
このバンプを形成する際には、例えば半導体素子の電極部（電極パッド）に対応する多数の吸引孔を有し、各吸引孔に微細導電性ボールを吸引するようにしたボール配列板が使用される。
【０００３】
このバンプを形成する工程において、例えば半導体素子の電極部（電極パッド）にバンプを形成する場合、真空吸引等の方法によりボール配列板の下側に形成されている吸引孔に微細導電性ボールを吸引させて保持し、その状態でバンプ接合用ステージまで搬送する。
その後、バンプ接合用ステージにて電極パッドに微細導電性ボールを熱圧着させることによってバンプを形成する。
【０００４】
また、プリント配線板等の電極部や半導体素子の電極部などに低融点金属から成るバンプを形成する場合には、前記電極部に予めフラックスを供給しておき、微細導電性ボールを電極部に配列した後リフローする方法が一般的である。
【０００５】
従来のボール配列板では、例えば、特開平９−２７０４２９号公報に記載されているように、ガラスを基材としたものやステンレス等の金属を用いて、ボール配列板を固定する治具のボール配列板と接する面にボール吸引用の減圧空間と配列板を支えるための空間とを設け、吸引ガス流の通り道を確保していた。また、ボール配列板と配列板固定治具との間に多孔質体を挿入してボール吸引のためのガス流路を得ていた。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２７０４２９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の半導体チップの小型化に伴い、バンプを形成すべき半導体チップの電極間が２５０μｍ以下、さらには２００μｍ未満と狭くなっている。また、使用するボールサイズの直径が２００μｍ以下、特に近年では１００μｍ以下と小さくなっている。このため、ボール配列板を配列板固定治具に固定する際の位置あわせが難しく、配列板固定治具のボール配列板と接触する部分がボール吸引孔をふさいでしまい、導電性ボールをボール配列板に吸引して配列しようとしても導電性ボールを保持し得るだけの吸引ガス流を得ることができないという問題点があった。
【０００８】
ここで、従来の微細導電性ボールの配列板の一例を図６に示す。
ボール配列板５は、導電性ボール７を搭載する電極の位置と対応した位置に吸引孔６を有しており、配列板支持部４に固定される。そして、配列ヘッド１の減圧空間２からの吸引により、ボール収容容器１４に収容されている微細導電性ボール７を吸引孔６に配列する。なお、配列ヘッド１は図示しない減圧発生源と繋がっている。
【０００９】
図６の例では、各吸引孔６間の間隔（ピッチ）が比較的広い場合を示しており、導通穴３と吸引孔６の位置が合っている。ところが、近年では、例えば、この間隔が狭い場合や、８ｉｎｃｈウエハなどの大面積のウエハに微細導電性ボール７を搭載する場合がある。このような場合には、導通穴３と吸引孔６とがずれて固定されてしまうことがある。
【００１０】
導通穴３と吸引孔６の位置がずれると、吸引孔６の穴が塞がれてしまうので、微細導電性ボール７を吸引孔６に吸引することができないという不具合が発生する虞があるという問題点があった。
また、従来の方法では、配列板支持部４と配列板５との間に多孔質体などを挿入して微細導電性ボール７を吸引するためのガス流を確保する方法もある。しかしながら、いずれの場合でも位置合せによって吸引孔３を塞いでしまうという問題点があった。この他、大面積に数万個の微細導電性ボール７を吸着する場合には、圧損が大きくなるために、微細導電性ボール７を吸着することができない部分が生じてしまうなどといった問題点もあった。
【００１１】
さらに、ウエハなどを対象にした大面積のボール吸着配列においては、配列板固定治具側で大面積に亘る微細加工が必要となり、作製コストが高くなり、治具作製時間も長くなるといった問題点もあった。
【００１２】
本発明は、前述の問題点に鑑みてなされたものであり、バンプ形成工程における歩留を向上させ、導電性ボールを確実に吸着配列して所定の位置に転写し、高い生産性でバンプを形成することができるようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のボール配列板は、容器内の導電性ボールを吸引して配列した後、その導電性ボールを搭載すべき搭載対象物の電極に対して一括で搭載することに用いるボール配列板であって、前記導電性ボールを吸着する側の裏面に凹凸があり、前記導電性ボールを吸着する側の裏面にある凸部が、メッキによって形成されていることである。
また、本発明のボール配列板は、容器内の導電性ボールを吸引して配列した後、その導電性ボールを搭載すべき搭載対象物の電極に対して一括で搭載することに用いるボール配列板であって、前記導電性ボールを吸着する側の裏面に凹凸があり、前記ボール配列板の本体と、前記導電性ボールを吸着する側の裏面にある凸部がメッキによって形成されていることである。
また、本発明の他の特徴とするところは、前記導電性ボールを吸着する側の裏面にある凹部と、前記導電性ボールを吸着するための貫通孔の少なくとも一部とが繋がっていることである。
また、本発明のその他の特徴とするところは、前記導電性ボールを吸着する側の裏面にある凹凸が、化学エッチングによって形成されていることである。
また、本発明のその他の特徴とするところは、前記ボール配列板の材質が、Ｎｉ、Ｃｏ、またはＳｉのいずれかを含むことである。
また、本発明のその他の特徴とするところは、前記導電性ボールを吸着する側の裏面にある凸部の材質が、Ｎｉ、Ｃｏ、またはＳｉのいずれかを含むことである。
本発明のボール配列装置は、前記いずれかに記載されているボール配列板をもちいたことを特徴とする。
本発明のボール配列方法は、前記いずれかに記載されているボール配列板をもちいたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明のボール配列板、ボール配列装置、及びボール配列方法の好適な実施の形態を説明する。
本実施の形態におけるボール配列板は、半導体素子や基板の電極部に対応するように形成された複数の配列孔（吸引孔）を有し、半導体素子等の電極部に形成されるべき微細導電性ボールを、配列孔（吸引孔）に吸引等により保持し得るようになっている。
【００１５】
図１〜図３に、本実施の形態におけるボール配列板の構成を示す。なお、図１〜図３において、図６に示したものと同一部分については、図６と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、図１〜図３において、図（ａ）は、側断面図である。また、図（ｂ）は、微細導電性ボール７が吸引される面の裏面の側から見た平面図である。
【００１６】
本実施の形態では、図１〜図３に示すように、ボール配列板２１、３１、４１の微細導電性ボール７と接触する面の裏側に、ボール吸引用のガス流を通気するための空間が確保されるように凸部８と、凹部９とを設けるようにしている。このようなボール配列板２１、３１、４１を用いることによって、吸引孔６が塞がれてしまうという問題点を解消することができる。そして、微細導電性ボール７を保持するためのガス流通路を確実に維持することができる。
【００１７】
図１〜図３に示す一例のように、凸部８と、凹部９の形状は、凸部８の高さが揃っていれば、球状、ドーム状、立方体、円柱状、円錐状、台形状など、どのようなものでもよいが、凸部８と、凹部９によって、配列板支持部４との間に形成される空間に流れるガス流によって、微細導電性ボール９が吸引孔６に吸引され、保持されなければならない。
【００１８】
ボール配列板２１、３１、４１の厚さは、材質と孔径に依存するが、２０μｍ〜１ｍｍのものを用いるようにする。例えば、メッキあるいは電鋳法によって形成されるニッケル（Ｎｉ）を主材としたものであれば、２０μｍ〜２００μｍの厚さにするのが好ましい。また、ガラスを主材としたものであれば、２００μｍ〜１ｍｍの厚さにするのが好ましい。なお、これらの他に、例えばコバルト（Ｃｏ）やシリコン（Ｓｉ）を主材としてもよい。
【００１９】
凸部８と凹部９の深さもまた孔径に依存するが、深さが深いほど大きなガス流を確保することができる。凸部８と凹部９の深さは、少なくともボール配列板２１、３１、４１の板厚の１／３以上にするのが好ましい。
【００２０】
例えば、ボール配列板２１、３１、４１の凹部９の厚さが１００μｍの場合、凸部８と凹部９の深さを５０μｍ〜２００μｍにするのが好ましい。
【００２１】
なお、凸部８と凹部９とを溝状に配置し、配列される微細導電性ボール７の順序を制御することも可能である。
【００２２】
また、図中では、ボール配列板２１、３１、４１の吸引孔６が存在しない外周部の板厚が、配列板２１、３１、４１の裏面に形成されている凸部８の厚みに等しく描かれているが、凹部９の厚みに等しくても良い。
また、凹部９と凸部８を作製するプロセス上の理由により、凸部８の面方向のサイズが小さすぎると高さを確保することが困難となり、所望のガス流を確保できないことがある。このため、凸部８の面方向のサイズは、少なくとも吸引孔６の径以上のサイズを持つことが望ましい。
【００２３】
図４は、本実施の形態におけるボール配列装置の概略構成の一例を示している。なお、図４では、ボール配列板２１、３１、４１のうち、ボール配列板２１を取り付けた場合を一例として示しているが、ボール配列板３１、４１を取り付けた場合でも同様に動作する。
【００２４】
図４において、半導体基板もしくはウエハＷは、紙面と垂直方向（Ｙ方向）のウエハ搬送路に沿って固定された状態で移動し、ウエハステージ（ボール搭載ステージ）１０上の所定の位置で待機する。
ここで、本実施の形態では、例えば４インチ（１００ｍｍ）以上のサイズを有する大面積のウエハＷを対象としている。このウエハＷによれば、図５に示されるように、形成すべき複数の半導体チップＣ（個々の正方形部分）を得ることができる。そして、各半導体チップＣの電極部には、後述するように、本実施の形態のボール配列板２１、３１、４１を用いて複数の微細導電性ボール７が搭載される。図５においては、微細導電性ボール７を簡略化して示しているが、これら複数の半導体チップＣに使用する微細導電性ボール７は、数十万個になる。すなわち、本実施の形態は、主として、極めて大量の微細導電性ボール７を一括してウエハＷに搭載する工程で用いるボール配列板に関するものである。
【００２５】
また、図４に示されるように、ウエハ搬送路と直交する方向（Ｘ方向）に沿ってガイドもしくはガイドレール１１が設置され、このガイドレール１１にはＸ−Ｚ方向に移動可能なボール配列ヘッド１が支持される。ボール配列ヘッド１は、後述するように、減圧空間２と、減圧空間２とボール配列板２１、３１、４１の吸引孔６とを結ぶ導通穴３を備えている。そして、導通穴３の設置されている面にボール配列板２１、３１、４１を固定し、微細導電性ボール７をボール配列板２１、３１、４１に吸引して配列する。
【００２６】
ボール配列板２１、３１、４１の固定方法は特に図示しないが、吸引孔６が存在するボール配列板２１、３１、４１の微細導電性ボール７を吸着するエリア以外の部分を、微細導電性ボール７を吸着する真空系とは独立した真空吸着によって吸着して固定しても良い。また、ボール配列板２１、３１、４１をボール配列ヘッド１に押し付けるようにした固定枠によって固定しても良い。そして、ウエハＷ上に形成された各半導体チップＣの電極部に対して、その導電性ボール７を一括で搭載する。
【００２７】
ガイドレール１１の一端側にてボール配列ヘッド１の下方に位置するようにボール供給装置１３が配置される。ボール供給装置１３は、相当量の微細導電性ボール７を収容するボール収容容器（ボールトレー）１４と、ボール収容容器１４を加振してボール収容容器１４内で導電性ボール７を跳躍させる加振機１５とを含んでいる。微細導電性ボール７をボール配列板２１、３１、４１に供給させるために、前記のように、微細導電性ボール７を跳躍させてもよいし、ガス流によって微細導電性ボール７を吹き上げたり、吹き付けたりする等してもよい。
【００２８】
ボール配列ヘッド１は、例えば超音波振動子のような図示しない振動発生器を備えている。そして、この振動発生器を用いて、微細導電性ボール７の吸着中や、吸着終了時に振動を加えることによって、吸引孔６の周辺や吸引孔６以外の部分に付着する余剰ボールの発生を抑制することができる。この場合、振動周波数は数Ｈｚ〜１ＧＨｚ程度が好ましい。また、振動印加時間、振幅、周波数、印加タイミングは任意に設定できることが望ましい。
【００２９】
ボール供給装置１３とウエハステージ（ボール搭載ステージ）１０との間には、配列不良ボール除去機構１６と配列検査用カメラ１７とが配置される。ボール除去機構１６は、ボール配列ヘッド１における配列不良ボールを、吸引またはガス吹付けによって除去する。配列不良ボールを除去する際にボール配列ヘッド１に振動を加えると、より効果的に除去することができる。配列ヘッド１には図示しない圧電素子が設置されており、任意のタイミングでボール配列ヘッド１に振動を加えることができる。この場合、振動周波数は数Ｈｚ〜１ＧＨｚ程度が好ましい。また、配列検査カメラ１７は、ボール配列ヘッド１におけるボール配列不良を検査する。
【００３０】
ボール配列ヘッド１は、ボール供給装置１３とボール搭載ステージ１０との間を往復運動する。このように往復運動するボール配列ヘッド１内の減圧空間２は、負圧源もしくは真空源に接続された図示しない吸引機構に繋がれている。これにより、ボール配列板２１、３１、４１にて多数の微細導電性ボール７を吸引して配列することができるようになっている。
【００３１】
また、この減圧空間２と前記吸引機構との間にバルブを設け、ボール搭載過程で前記バルブを切り替えて前記吸引機構から加圧ポンプに繋ぎかえることにより、減圧空間を陽圧にすることもできる。
【００３２】
ボール配列板２１、３１、４１は、ウエハＷにおける複数の半導体チップＣの電極部に対応する吸引孔６を有する。そして、前記吸引機構によって、ボール収容容器１４内で跳躍する微細導電性ボール７を各吸引孔６に１つずつ吸着させることができるようにしている。
【００３３】
上記構成において、ボール配列ヘッド１が微細導電性ボール７を吸引し始め、搭載対象物に微細導電性ボール７を搭載するまでの配列動作について説明する。ボール供給装置１３において、ボール収容容器１４内の微細導電性ボール７は、加振機１３によって跳躍している。図４の破線に示しているように、ボール配列ヘッド１をボール収容容器１４上の所定の高さまで降下させ、その跳躍する微細導電性ボール７を吸着する。
【００３４】
このようにして微細導電性ボール７を吸着した後、ボール配列ヘッド１は上昇し、ガイドレール１１に沿ってウエハステージ（ボール搭載ステージ）１０まで移動する。この移動途中に、配列不良ボールの除去を行う。この後、配列検査用カメラ１７がＹ方向に移動して、ボール配列板２１、３１、４１の配列面全域のボール吸着状態を検査する。検査結果が良好である場合には、ウエハステージ（ボール搭載ステージ）１０まで移動する。また、この検査時に配列不良が発見された場合には、ボール除去機構１６の位置に戻って配列不良の微細導電性ボール７の除去を行うことも可能である。
【００３５】
つぎに、ボール配列ヘッド１と、ウエハステージ（ボール搭載ステージ）１０で待機しているウエハＷとの位置合せが行われる。そして、ボール配列ヘッド１を降下させることにより、ボール配列板２１、３１、４１に吸着されている微細導電性ボール７が、フラックスが塗布されていたウエハＷの電極部に搭載される。
【００３６】
なお、ボール配列ヘッド１はウエハＷに接触する際の搭載荷重が微細導電性ボール７の種類等に応じて制御可能に構成されている。これにより微細導電性ボール７をウエハＷに対して最適荷重で接触させ、微細導電性ボール７をつねに適性かつ円滑にウエハＷの電極部に搭載することができる。
【００３７】
また、前述したようにボール配列ヘッド１は、例えば超音波振動子のような図示しない振動発生器を備えている。そして、この振動発生器を用いてボール搭載過程で振動を加えることによって、吸引孔６に吸引した微細導電性ボール７を吸引孔６から容易に開放することができる。この場合、振動周波数は数Ｈｚ〜１ＧＨｚ程度が好ましい。また、振動印加時間、振幅、周波数、印加タイミングは任意に設定できることが望ましい。
【００３８】
さらに、ウエハＷ上に微細導電性ボールを搭載した後、ボール配列板２１、３１、４１上に残存する微細導電性ボール７があることを考慮して、ボール除去機構１６によって、ボール配列板２１、３１、４１上に残存する微細導電性ボール７を吸引して除去する動作をすることもできる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、導電性ボールを搭載すべき搭載対象物の電極に対して一括で搭載することに用いるボール配列板の、前記導電性ボールを吸着する側の裏面に凹凸を設けるようにしたので、ボール配列板とそれを備えた配列ヘッドにより、ボール吸引ガス流路を確保することができる。これにより、吸引孔が狭ピッチである場合や、大面積の搭載エリアであっても確実に導電性ボールを吸引して配列することができる。したがって、導電性ボールを搭載する際の歩留を向上し、バンプ形成対象の電極上に高精度で微小導電性バンプを形成することができるようになるとともに、高い生産性で微小導電性バンプを形成することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示し、ボール配列板の構成の第１の例を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態を示し、ボール配列板の構成の第２の例を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態を示し、ボール配列板の構成の第３の例を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態を示し、ボール配列装置の概略構成の一例を示した図である。
【図５】本発明の実施の形態を示し、微細導電性ボールが搭載されるウエハの一例を示した図である。
【図６】従来の技術を示し、ボール配列板の構成を示した図である。
【符号の説明】
１ 配列ヘッド
２ 減圧空間
３ 配列ヘッドの貫通穴
４ 配列板支持部
６ 吸引孔
７ 微細導電性ボール
８ 配列板裏の凸部
９ 配列板裏の凹部(ガス流通路)
１４ ボール収容容器
２１、２２、２３ ボール配列板

Claims (8)

1. 容器内の導電性ボールを吸引して配列した後、その導電性ボールを搭載すべき搭載対象物の電極に対して一括で搭載することに用いるボール配列板であって、
   前記導電性ボールを吸着する側の裏面に凹凸があり、前記導電性ボールを吸着する側の裏面にある凸部が、メッキによって形成されていることを特徴とするボール配列板。
2. 容器内の導電性ボールを吸引して配列した後、その導電性ボールを搭載すべき搭載対象物の電極に対して一括で搭載することに用いるボール配列板であって、
   前記導電性ボールを吸着する側の裏面に凹凸があり、前記ボール配列板の本体と、前記導電性ボールを吸着する側の裏面にある凸部がメッキによって形成されていることを特徴とするボール配列板。
3. 前記導電性ボールを吸着する側の裏面にある凹部と、前記導電性ボールを吸着するための貫通孔の少なくとも一部とが繋がっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のボール配列板。
4. 前記導電性ボールを吸着する側の裏面にある凹凸が、化学エッチングによって形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のボール配列板。
5. 前記ボール配列板の材質が、Ｎｉ、Ｃｏ、またはＳｉのいずれかを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のボール配列板。
6. 前記導電性ボールを吸着する側の裏面にある凸部の材質が、Ｎｉ、Ｃｏ、またはＳｉのいずれかを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のボール配列板。
7. 前記請求項１〜６のいずれか１項に記載されているボール配列板をもちいたことを特徴とするボール配列装置。
8. 前記請求項１〜６のいずれか１項に記載されているボール配列板をもちいたことを特徴とするボール配列方法。

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