JP4105022B2 - 導電性ボールの配列搭載方法および装置ならびにバンプ形成方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に半田ボール等の導電性ボールを用いて半導体ウェハ等のバンプ形成位置上にバンプを形成するために、搭載対象物であるウェハのバンプ形成位置あるいは必要に応じてバンプ下地金属を形成した電極に対して導電性ボールを搭載するボール配列搭載方法および装置、ならびにこの装置を使用したバンプ形成方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体チップの電気的接続に半田ボール等の導電性ボールからなる微小金属球を使用したバンプ形成技術が用いられるようになっている。この場合、一般的には半導体ウェハのバンプ形成位置となる電極上に電気的接続の信頼性を確保するためバンプ下地金属（ＵＢＭ）を形成し、さらに多数の導電性ボールを各ＵＢＭ上に一括搭載した後、導電性ボールをリフローして溶融させ、冷却固化させてバンプを形成する。その後、半導体ウェハを個々のチップに切断するダイシング工程を経て、バンプが形成された半導体チップが完成する。
【０００３】
ところで、すべての導電性ボールが各バンプ形成位置上に正しく搭載されるとは限らず、搭載ミスが生じることがある。例えば、図６（ａ）に示すように、導電性ボールＢが半導体ウェハＷにおける一部のバンプ形成位置（Ｗ1）上に搭載されない（ボール欠落）ことがある。また、図６（ｂ）に示すように、余剰ボールＢ′がバンプ形成位置に搭載されたり、あるいは図６（ｃ）に示すように、導電性ボールＢがバンプ形成位置からずれたりする場合がある。
【０００４】
従来では多数の導電性ボールをウェハの各電極上に一括搭載した後に、上記のような搭載ミスがあった場合、たとえば正しく搭載された導電性ボールを含むすべての導電性ボールを回収して再搭載を行い、搭載ミスがなくなった時点で導電性ボールを溶融させ、冷却固化させてバンプを形成するようにしていた（特許文献１参照）。
【０００５】
さらに、整列孔を有するボール整列パレットとボール吸着プレートからなり、ボール整列パレットに整列されている導電性ボールをボール吸着プレートに吸着する際に、ボール吸着プレートによって整列孔を密閉して覆うようにしたものが知られている（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−８１７２号公報
【特許文献２】
特開２００２−２８９６３５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来例では、搭載ミスがあった場合、正しく搭載された導電性ボールを含むすべての導電性ボールを回収して再搭載を行うようにしている。しかしながら、すべての導電性ボールを回収して再搭載を行うのでは、搭載ミスが続くと導電性ボールの回収および再搭載を繰り返さなければならなくなるため効率的とはいえない。
【０００８】
一方、ボール整列パレットに整列されている導電性ボールを過不足なく、ウェハのバンプ形成位置に転写し得るようにしている。しかしながら、ボール整列パレットの整列孔に満遍なく導電性ボールを整列させるためにかなりの手間がかかり、ボール吸着プレートによる密閉構造を確保するために高い加工精度が余技なくされる。
【０００９】
本発明はかかる実情に鑑み、搭載対象物に対して導電性ボールを適正かつ確実にしかも高効率で搭載し、高品位なバンプを形成し得る導電性ボールの配列搭載方法および装置ならびにバンプ形成方法および装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の導電性ボールの配列搭載方法は、容器内の導電性ボールを吸引配列して、搭載対象物のバンプ形成位置に対して前記導電性ボールを搭載単位領域ごとに一括で搭載するようにしたボール配列搭載方法であって、前記容器内の前記導電性ボールを独立した複数の領域に吸引配列して保持し、これらの保持された吸引配列領域の中から選択的に前記導電性ボールを別途吸引配列して移載し、この移載された前記導電性ボールを前記搭載対象物の前記バンプ形成位置に一括で配列搭載することを特徴とする。
また、本発明の導電性ボールの配列搭載装置は、容器内の導電性ボールを吸引配列して、搭載対象物のバンプ形成位置に対して前記導電性ボールを搭載単位領域ごとに一括で搭載するようにしたボール配列搭載装置であって、前記容器内の前記導電性ボールを独立した複数の領域に吸引配列して保持するボール配列保持ヘッドと、これらの保持された吸引配列領域の中から選択的に前記導電性ボールを別途吸引配列して移載し、前記搭載対象物の前記バンプ形成位置に一括で配列搭載するボール搭載ヘッドとを備えたことを特徴とする。
また、本発明のバンプ形成方法は、搭載対象物のバンプ形成位置に対して導電性ボールを搭載し、搭載した前記導電性ボールを溶融して後、冷却固化させてバンプを形成するバンプ形成方法であって、前記搭載対象物のバンプ形成位置に前記導電性ボールを搭載する際、上記導電性ボールの配列搭載方法を使用することを特徴とする。
また、本発明のバンプ形成装置は、搭載対象物のバンプ形成位置に対して導電性ボールを搭載し、搭載した前記導電性ボールを溶融して後、冷却固化させてバンプを形成するバンプ形成装置であって、上記導電性ボールの配列搭載装置を備え、前記搭載対象物のバンプ形成位置に前記導電性ボールを搭載することを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、典型的には容器内の導電性ボールを搭載単位領域と同一または大きな領域に吸引配列して保持し、この保持された導電性ボールを搭載単位領域と等しい領域に吸引配列して移載する。そして、この移載された導電性ボールを搭載対象物の搭載単位領域に一括で配列搭載する。
【００２１】
その際、本発明では特に容器から吸引配列された導電性ボールの保持状態を検査する。その検査結果に応じて、適正に保持されている搭載単位領域分を移載することにより、搭載対象物に対してつねに導電性ボールを適正かつ確実にしかも高効率で搭載し、高品位なバンプを形成することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、従来例と実質的に同一または対応する部材には同一符号を用いて、本発明による導電性ボールの配列搭載方法および装置ならびにバンプ形成方法および装置の好適な実施の形態について説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態におけるバンプ形成方法を工程順に示す図である。本実施の形態では、たとえばフリップチップボンディングに用いられるバンプの形成を対象としており、半導体パッケージの小型化、高密度実装化の観点から、近年では直径１５０[μｍ]以下の微小な導電性ボール（半田ボール）が用いられている。
【００２４】
図１に示すように、半導体ウェハ等のワークを受け取ったならば（ステップＳ１０１）、検査を行い（ステップＳ１０２）、必要であれば洗浄した後（ステップＳ１０３）、ウェハ上の電極のうちバンプ形成するものの位置にスパッタ法、無電解メッキ法、電解メッキ法等により多数のバンプ下地金属（ＵＢＭ：under bump metal）を形成する（ステップＳ１０４）。
【００２５】
ここで、本発明の実施形態では、たとえば特に３インチ以上のサイズの半導体ウェハを対象としている。この半導体ウェハＷによれば図２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、各半導体チップＣのバンプ形成には後述するように複数の導電性ボールが搭載される。本実施形態では各半導体チップＣ部分を導電性ボールの搭載単位領域とする。図２においては導電性ボールを簡略化して示しているが、これらの半導体チップＣ全体で使用する導電性ボールは、数十万個になる。
【００２６】
半導体ウエハのＵＢＭの形成後、検査を行ってから（ステップＳ１０５）、各ＵＢＭ上にスタンプ転写方式やスクリーン印刷方式等によりフラックスを塗付する（ステップＳ１０６）。
【００２７】
続いて、多数の導電性ボールを各ＵＢＭ上に搭載する（ステップＳ１０７）。特にこのボール搭載工程において、後述するように容器内の導電性ボールを搭載単位領域よりも大きな領域に吸引配列して保持し、この保持された導電性ボールを搭載単位領域と等しい領域に吸引配列して移載し、この移載された導電性ボールを搭載対象物の搭載単位領域に一括で配列搭載する。
【００２８】
つぎに、導電性ボールを各電極上に搭載した後、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示したような導電性ボールＢの搭載ミスの有無について検査を行う（ステップＳ１０８）。この検査方法として、例えば図示しないカメラによりウェハＷの上面を撮像し、カメラにより得られた画像情報から導電性ボールＢの搭載ミスの有無を検査すればよい。
【００２９】
そして、搭載ミスがなければそのまま、導電性ボールをリフローして溶融させ、冷却固化させてバンプを形成する（ステップＳ１１０）。
なお、仮に搭載ミスがあれば導電性ボールを再搭載するリペア工程（ステップＳ１０９）を経てもよいが、本発明においてはこの工程は実質的に使用しないで済む。
【００３０】
バンプ形成後、洗浄したならば（ステップＳ１１１）、不良バンプの有無について検査を行い（ステップＳ１１２）、一連の工程を終了する。
【００３１】
さて、本発明による導電性ボールの配列搭載方法および装置の具体的構成例を説明する。
図３は、本発明の導電性ボールの配列搭載装置の概略構成を示している。図において、ウェハＷは紙面と垂直方向（Ｘ方向）のウェハ搬送路（図示せず）に沿って、図示されているボール搭載ステージまで搬送され、支持台１０上に載置されて所定位置で待機する。
【００３２】
また、図３に示されるようにウェハ搬送路と直交する方向（Ｙ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Ｙ−Ｚ方向に移動可能（矢印Ｙ，Ｚ）な支持機構１２を介して、ボール搭載ヘッド１３が支持される。ボール搭載ヘッド１３は後述するように、導電性ボールＢを配列板に吸引配列し、ウェハＷ上の半導体チップＣの電極に対してその導電性ボールＢを転写接合する。
【００３３】
ガイドレール１１の一端側にてボール搭載ヘッド１３の下方に位置するように、ボール供給装置が配置される。このボール供給装置は相当量の導電性ボールＢを収容するボール収容容器（ボールトレー）１４を含んでいる。この場合、ボールトレー１４内で導電性ボールＢを跳躍させるように構成された加振機を持つとよい。ボールトレー１４の上方には、たとえばＸ方向に配置された軸のまわりに回動可能（矢印Ｒ）な支持機構１５を介して、複数（この例ではたとえば４個）のボール配列保持ヘッド１６が支持される。ボール配列保持ヘッド１６は、水平および垂直方向に４分割された４つの位置（第１ポジションＰ1〜第４ポジションＰ4）に設定保持されるようになっている。
【００３４】
ここで、ボール搭載ヘッド１３はボール供給装置とボール搭載ステージとの間を往復動するが、図４（ａ）に示すように負圧もしくは真空源に接続された吸引機構１７を持ち、配列板１８にて多数の導電性ボールＢを吸引配列するようになっている。配列板１８は、ウェハＷにおける搭載単位領域分の電極に対応する吸着孔１８ａを有する。そして、吸引機構１７によって搭載単位領域分の導電性ボールＢを各吸着孔１８ａに１つずつ吸着させることができる。
【００３５】
一方、ボール配列保持ヘッド１６は図４（ｂ）に示すように負圧もしくは真空源に接続された吸引機構１９を持ち、配列板２０にて多数の導電性ボールＢを吸引配列するようになっている。この場合、導電性ボールＢの搭載単位領域よりも大きな領域に吸引配列するように構成される。たとえば図４（ｃ）に示すように搭載単位領域の数倍〜十数倍程度のボール配列領域を有し、吸引機構１９によってそのボール配列領域の各吸着孔２０ａに導電性ボールＢを１つずつ吸着させることができる。
【００３６】
上記の場合、ボール配列保持ヘッド１６の第２ポジションＰ2に対応して、ボール配列保持ヘッド１６の配列状態を検査する検査用カメラ２１が配置される。検査用カメラ２１はボール配列保持ヘッド１６の配列板２０全領域を撮像し、図示しない制御装置においてその撮像画像の画像処理を行ない、ボール配列不良Ｆ（たとえば図４（ｃ）に示すようにボール配列不良Ｆ1〜Ｆ3とする）を検出し、ボール配列不良の位置データを生成する。また、ボール配列保持ヘッド１６の第４ポジションＰ4に対応して、ボール配列保持ヘッド１６に残存する導電性ボールＢを除去するとともに、配列板２０を清掃するクリーニング機構２２が配置される。
【００３７】
上記構成において、ボール供給装置におけるボールトレー１４内の導電性ボールＢは、支持機構１５の第１ポジションＰ1に設定されたボール配列保持ヘッド１６の配列板２０に吸着される。導電性ボールＢを吸引配列したボール配列保持ヘッド１６は第２ポジションＰ2に回動され、この第２ポジションＰ2で検査用カメラ２１によってボール配列状態が検査される。
【００３８】
つぎに、ボール配列状態の検査終了後のボール配列保持ヘッド１６はさらに、第３ポジションＰ3に回動される。この場合、第２ポジションＰ2でのボール配列状態検査で、たとえば図４（ｃ）のようなボール配列不良Ｆ1〜Ｆ3が検出されたものとする。制御装置においてボール配列不良Ｆ1〜Ｆ3を避けるように最適かつ有効な搭載単位領域Ｓ（Ｓ1〜Ｓ3）が演算され、この演算結果に基きボール搭載ヘッド１３をＸ−Ｙ方向に移動し、配列板１８（およびその吸着孔１８ａ）がたとえば搭載単位領域Ｓ1に対応するように位置出しされる。
【００３９】
このように位置出しされたボール搭載ヘッド１３は、その下方の第３ポジションＰ3で待機するボール配列保持ヘッド１６まで降下される。吸引機構１７を作動させながら、配列板１８をボール配列保持ヘッド１６上の導電性ボールＢに接近もしくは接触させることで、搭載単位領域Ｓ1にある導電性ボールＢを各吸着孔１８ａに１つずつ吸着させることができる。これにより搭載単位領域Ｓ1の導電性ボールＢは、ボール配列保持ヘッド１６からボール搭載ヘッド１３へ過不足なく完全かつ適正に移載される。
【００４０】
つぎに、ボール搭載ヘッド１３は、ボール搭載ステージで待機しているウェハＷに対する位置合せが行なわれる。そしてボール搭載ヘッド１３を降下させることにより、その配列板１８に吸着されている搭載単位領域Ｓ1分の導電性ボールＢは、図５のようにフラックスＭが塗布されたウェハＷのバンプ形成位置Ｗ1上に搭載される。
【００４１】
ボール搭載後、ボール搭載ヘッド１３はつぎの搭載単位領域Ｓ2にある導電性ボールＢを搭載すべく、上述の第３ポジションＰ3で待機するボール配列保持ヘッド１６の上方まで戻る。そして、搭載単位領域Ｓ1の場合と同様に、搭載単位領域Ｓ2にある導電性ボールＢは、ボール配列保持ヘッド１６からボール搭載ヘッド１３へ移載され、ウェハＷのバンプ形成位置Ｗ1上に搭載される。さらに、搭載単位領域Ｓ3についても同様に行なわれ、図２に示したように搭載単位領域Ｓ1〜Ｓ3の導電性ボールＢが順次ウェハＷに搭載される。
【００４２】
第３ポジションＰ3のボール配列保持ヘッド１６に保持されていた搭載単位領域Ｓ1〜Ｓ3の導電性ボールＢがすべて搭載されると、支持機構１５をこの例では９０°回動させる。これによりつぎの新たなボール配列保持ヘッド１６が第３ポジションＰ3に回動され、上記と同様なボール搭載動作が繰り返される。なお、ボール搭載が完了したボール配列保持ヘッド１６は、クリーニング機構２２によって配列板２０が清掃される。
【００４３】
上記のようにボールトレー１４内の導電性ボールＢを一旦、ボール配列保持ヘッド１６により搭載単位領域Ｓよりも大きな領域に吸引配列して保持し、この保持された導電性ボールＢをつぎに、ボール搭載ヘッド１３により搭載単位領域Ｓと等しい領域に吸引配列して移載する。そして、この移載された導電性ボールＢをウェハＷの搭載単位領域に一括で配列搭載する。
【００４４】
その際、ボールトレー１４内からボール配列保持ヘッド１６に吸引配列された導電性ボールＢの保持状態を検査する。そしてその検査結果に応じて、適正に保持されている搭載単位領域分のみを移載することにより、ウェハＷに対してつねに導電性ボールＢを適正かつ確実に搭載することができる。この場合、ボール配列保持ヘッド１６にボール配列不良Ｆがあったとしても（図４（ｂ），（ｃ）参照）、それを修復あるいは再搭載する等の必要がなく、ボール搭載工程を間断なく行なうことができるため、導電性ボールＢを高効率で搭載し、かつ高品位なバンプを形成することができる。
【００４５】
ここで、本発明の変形例において、ボール配列保持ヘッド１６は搭載単位領域Ｓと等しい領域を持つものであってよく、搭載単位領域Ｓと等しい領域に吸引配列して保持し、上記と同様に導電性ボールＢがボール搭載ヘッド１３に吸引配列される。
【００４６】
さらにその場合、そのような搭載単位領域Ｓと等しい領域を持つボール配列保持ヘッド１６を含むボール吸引配列部（図３参照）を複数備え、各ボール吸引配列部から順次、導電性ボールＢをボール搭載ヘッド１３に搭載するようにしてもよい。このように複数のボール配列保持ヘッド１６を持つことで極めて効率よく導電性ボールＢを搭載することができる。
【００４７】
本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらの例にのみ限定されるものでなく、本発明の範囲内で種々変更等が可能である。
たとえば、ボール搭載ヘッド１３を複数有し、相互の作動タイミングを図りながらボール配列保持ヘッド１６から導電性ボールＢを移載することもでき、これにより動作の待ち時間を発生させるなく効率的に作動させることができる。
また、導電性ボールＢの搭載単位領域Ｓと半導体チップＣ部分を対応させる例を説明したが、搭載単位領域Ｓとして半導体チップＣ複数個分として設定することもできる。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ボール配列保持ヘッドに吸引配列された導電性ボールの保持状態を検査し、適正な搭載単位領域分のみを移載することにより、つねに導電性ボールを適正かつ確実に搭載することができる。ボール搭載工程を効率的に行なうことができるため、高い効率で高品位なバンプを形成することができる。したがって、歩留まりの向上を図るとともに、品質に優れたバンプを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるバンプ形成方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態に係るウェハの平面図である。
【図３】本発明の実施の形態における導電性ボールの配列搭載装置の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるボール搭載ヘッドおよびボール配列保持ヘッドの構成例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるボール搭載ヘッドによるボール搭載工程を示す図である。
【図６】ボール搭載ミスを説明するための図である。
【符号の説明】
１０ 支持台
１１ ガイドレール
１２ 支持機構
１３ ボール搭載ヘッド
１４ ボールトレー
１５ 支持機構
１６ ボール配列保持ヘッド
１７ 吸引機構
１８ 配列板
１８ａ 吸引孔
１９ 吸引機構
２０ 配列板
２０ａ 吸引孔
２１ 検査用カメラ
２２ クリーニング機構
Ｗ ウェハ
Ｃ 半導体チップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に半田ボール等の導電性ボールを用いて半導体ウェハ等のバンプ形成位置上にバンプを形成するために、搭載対象物であるウェハのバンプ形成位置あるいは必要に応じてバンプ下地金属を形成した電極に対して導電性ボールを搭載するボール配列搭載方法および装置、ならびにこの装置を使用したバンプ形成方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体チップの電気的接続に半田ボール等の導電性ボールからなる微小金属球を使用したバンプ形成技術が用いられるようになっている。この場合、一般的には半導体ウェハのバンプ形成位置となる電極上に電気的接続の信頼性を確保するためバンプ下地金属（ＵＢＭ）を形成し、さらに多数の導電性ボールを各ＵＢＭ上に一括搭載した後、導電性ボールをリフローして溶融させ、冷却固化させてバンプを形成する。その後、半導体ウェハを個々のチップに切断するダイシング工程を経て、バンプが形成された半導体チップが完成する。
【０００３】
ところで、すべての導電性ボールが各バンプ形成位置上に正しく搭載されるとは限らず、搭載ミスが生じることがある。例えば、図６（ａ）に示すように、導電性ボールＢが半導体ウェハＷにおける一部のバンプ形成位置（Ｗ1）上に搭載されない（ボール欠落）ことがある。また、図６（ｂ）に示すように、余剰ボールＢ′がバンプ形成位置に搭載されたり、あるいは図６（ｃ）に示すように、導電性ボールＢがバンプ形成位置からずれたりする場合がある。
【０００４】
従来では多数の導電性ボールをウェハの各電極上に一括搭載した後に、上記のような搭載ミスがあった場合、たとえば正しく搭載された導電性ボールを含むすべての導電性ボールを回収して再搭載を行い、搭載ミスがなくなった時点で導電性ボールを溶融させ、冷却固化させてバンプを形成するようにしていた（特許文献１参照）。
【０００５】
さらに、整列孔を有するボール整列パレットとボール吸着プレートからなり、ボール整列パレットに整列されている導電性ボールをボール吸着プレートに吸着する際に、ボール吸着プレートによって整列孔を密閉して覆うようにしたものが知られている（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−８１７２号公報
【特許文献２】
特開２００２−２８９６３５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来例では、搭載ミスがあった場合、正しく搭載された導電性ボールを含むすべての導電性ボールを回収して再搭載を行うようにしている。しかしながら、すべての導電性ボールを回収して再搭載を行うのでは、搭載ミスが続くと導電性ボールの回収および再搭載を繰り返さなければならなくなるため効率的とはいえない。
【０００８】
一方、ボール整列パレットに整列されている導電性ボールを過不足なく、ウェハのバンプ形成位置に転写し得るようにしている。しかしながら、ボール整列パレットの整列孔に満遍なく導電性ボールを整列させるためにかなりの手間がかかり、ボール吸着プレートによる密閉構造を確保するために高い加工精度が余技なくされる。
【０００９】
本発明はかかる実情に鑑み、搭載対象物に対して導電性ボールを適正かつ確実にしかも高効率で搭載し、高品位なバンプを形成し得る導電性ボールの配列搭載方法および装置ならびにバンプ形成方法および装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の導電性ボールの配列搭載方法は、容器内の導電性ボールを吸引配列して、搭載対象物のバンプ形成位置に対して前記導電性ボールを搭載単位領域ごとに一括で搭載するようにしたボール配列搭載方法であって、前記容器内の前記導電性ボールを独立した複数の領域に吸引配列して保持し、これらの保持された吸引配列領域の中から選択的に前記導電性ボールを別途吸引配列して移載し、この移載された前記導電性ボールを前記搭載対象物の前記バンプ形成位置に一括で配列搭載することを特徴とする。
また、本発明の導電性ボールの配列搭載装置は、容器内の導電性ボールを吸引配列して、搭載対象物のバンプ形成位置に対して前記導電性ボールを搭載単位領域ごとに一括で搭載するようにしたボール配列搭載装置であって、前記容器内の前記導電性ボールを独立した複数の領域に吸引配列して保持するボール配列保持ヘッドと、これらの保持された吸引配列領域の中から選択的に前記導電性ボールを別途吸引配列して移載し、前記搭載対象物の前記バンプ形成位置に一括で配列搭載するボール搭載ヘッドとを備えたことを特徴とする。
また、本発明のバンプ形成方法は、搭載対象物のバンプ形成位置に対して導電性ボールを搭載し、搭載した前記導電性ボールを溶融して後、冷却固化させてバンプを形成するバンプ形成方法であって、前記搭載対象物のバンプ形成位置に前記導電性ボールを搭載する際、上記導電性ボールの配列搭載方法を使用することを特徴とする。
また、本発明のバンプ形成装置は、搭載対象物のバンプ形成位置に対して導電性ボールを搭載し、搭載した前記導電性ボールを溶融して後、冷却固化させてバンプを形成するバンプ形成装置であって、上記導電性ボールの配列搭載装置を備え、前記搭載対象物のバンプ形成位置に前記導電性ボールを搭載することを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、典型的には容器内の導電性ボールを搭載単位領域と同一または大きな領域に吸引配列して保持し、この保持された導電性ボールを搭載単位領域と等しい領域に吸引配列して移載する。そして、この移載された導電性ボールを搭載対象物の搭載単位領域に一括で配列搭載する。
【００２１】
その際、本発明では特に容器から吸引配列された導電性ボールの保持状態を検査する。その検査結果に応じて、適正に保持されている搭載単位領域分を移載することにより、搭載対象物に対してつねに導電性ボールを適正かつ確実にしかも高効率で搭載し、高品位なバンプを形成することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、従来例と実質的に同一または対応する部材には同一符号を用いて、本発明による導電性ボールの配列搭載方法および装置ならびにバンプ形成方法および装置の好適な実施の形態について説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態におけるバンプ形成方法を工程順に示す図である。本実施の形態では、たとえばフリップチップボンディングに用いられるバンプの形成を対象としており、半導体パッケージの小型化、高密度実装化の観点から、近年では直径１５０[μｍ]以下の微小な導電性ボール（半田ボール）が用いられている。
【００２４】
図１に示すように、半導体ウェハ等のワークを受け取ったならば（ステップＳ１０１）、検査を行い（ステップＳ１０２）、必要であれば洗浄した後（ステップＳ１０３）、ウェハ上の電極のうちバンプ形成するものの位置にスパッタ法、無電解メッキ法、電解メッキ法等により多数のバンプ下地金属（ＵＢＭ：under bump metal）を形成する（ステップＳ１０４）。
【００２５】
ここで、本発明の実施形態では、たとえば特に３インチ以上のサイズの半導体ウェハを対象としている。この半導体ウェハＷによれば図２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、各半導体チップＣのバンプ形成には後述するように複数の導電性ボールが搭載される。本実施形態では各半導体チップＣ部分を導電性ボールの搭載単位領域とする。図２においては導電性ボールを簡略化して示しているが、これらの半導体チップＣ全体で使用する導電性ボールは、数十万個になる。
【００２６】
半導体ウエハのＵＢＭの形成後、検査を行ってから（ステップＳ１０５）、各ＵＢＭ上にスタンプ転写方式やスクリーン印刷方式等によりフラックスを塗付する（ステップＳ１０６）。
【００２７】
続いて、多数の導電性ボールを各ＵＢＭ上に搭載する（ステップＳ１０７）。特にこのボール搭載工程において、後述するように容器内の導電性ボールを搭載単位領域よりも大きな領域に吸引配列して保持し、この保持された導電性ボールを搭載単位領域と等しい領域に吸引配列して移載し、この移載された導電性ボールを搭載対象物の搭載単位領域に一括で配列搭載する。
【００２８】
つぎに、導電性ボールを各電極上に搭載した後、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示したような導電性ボールＢの搭載ミスの有無について検査を行う（ステップＳ１０８）。この検査方法として、例えば図示しないカメラによりウェハＷの上面を撮像し、カメラにより得られた画像情報から導電性ボールＢの搭載ミスの有無を検査すればよい。
【００２９】
そして、搭載ミスがなければそのまま、導電性ボールをリフローして溶融させ、冷却固化させてバンプを形成する（ステップＳ１１０）。
なお、仮に搭載ミスがあれば導電性ボールを再搭載するリペア工程（ステップＳ１０９）を経てもよいが、本発明においてはこの工程は実質的に使用しないで済む。
【００３０】
バンプ形成後、洗浄したならば（ステップＳ１１１）、不良バンプの有無について検査を行い（ステップＳ１１２）、一連の工程を終了する。
【００３１】
さて、本発明による導電性ボールの配列搭載方法および装置の具体的構成例を説明する。
図３は、本発明の導電性ボールの配列搭載装置の概略構成を示している。図において、ウェハＷは紙面と垂直方向（Ｘ方向）のウェハ搬送路（図示せず）に沿って、図示されているボール搭載ステージまで搬送され、支持台１０上に載置されて所定位置で待機する。
【００３２】
また、図３に示されるようにウェハ搬送路と直交する方向（Ｙ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Ｙ−Ｚ方向に移動可能（矢印Ｙ，Ｚ）な支持機構１２を介して、ボール搭載ヘッド１３が支持される。ボール搭載ヘッド１３は後述するように、導電性ボールＢを配列板に吸引配列し、ウェハＷ上の半導体チップＣの電極に対してその導電性ボールＢを転写接合する。
【００３３】
ガイドレール１１の一端側にてボール搭載ヘッド１３の下方に位置するように、ボール供給装置が配置される。このボール供給装置は相当量の導電性ボールＢを収容するボール収容容器（ボールトレー）１４を含んでいる。この場合、ボールトレー１４内で導電性ボールＢを跳躍させるように構成された加振機を持つとよい。ボールトレー１４の上方には、たとえばＸ方向に配置された軸のまわりに回動可能（矢印Ｒ）な支持機構１５を介して、複数（この例ではたとえば４個）のボール配列保持ヘッド１６が支持される。ボール配列保持ヘッド１６は、水平および垂直方向に４分割された４つの位置（第１ポジションＰ1〜第４ポジションＰ4）に設定保持されるようになっている。
【００３４】
ここで、ボール搭載ヘッド１３はボール供給装置とボール搭載ステージとの間を往復動するが、図４（ａ）に示すように負圧もしくは真空源に接続された吸引機構１７を持ち、配列板１８にて多数の導電性ボールＢを吸引配列するようになっている。配列板１８は、ウェハＷにおける搭載単位領域分の電極に対応する吸着孔１８ａを有する。そして、吸引機構１７によって搭載単位領域分の導電性ボールＢを各吸着孔１８ａに１つずつ吸着させることができる。
【００３５】
一方、ボール配列保持ヘッド１６は図４（ｂ）に示すように負圧もしくは真空源に接続された吸引機構１９を持ち、配列板２０にて多数の導電性ボールＢを吸引配列するようになっている。この場合、導電性ボールＢの搭載単位領域よりも大きな領域に吸引配列するように構成される。たとえば図４（ｃ）に示すように搭載単位領域の数倍〜十数倍程度のボール配列領域を有し、吸引機構１９によってそのボール配列領域の各吸着孔２０ａに導電性ボールＢを１つずつ吸着させることができる。
【００３６】
上記の場合、ボール配列保持ヘッド１６の第２ポジションＰ2に対応して、ボール配列保持ヘッド１６の配列状態を検査する検査用カメラ２１が配置される。検査用カメラ２１はボール配列保持ヘッド１６の配列板２０全領域を撮像し、図示しない制御装置においてその撮像画像の画像処理を行ない、ボール配列不良Ｆ（たとえば図４（ｃ）に示すようにボール配列不良Ｆ1〜Ｆ3とする）を検出し、ボール配列不良の位置データを生成する。また、ボール配列保持ヘッド１６の第４ポジションＰ4に対応して、ボール配列保持ヘッド１６に残存する導電性ボールＢを除去するとともに、配列板２０を清掃するクリーニング機構２２が配置される。
【００３７】
上記構成において、ボール供給装置におけるボールトレー１４内の導電性ボールＢは、支持機構１５の第１ポジションＰ1に設定されたボール配列保持ヘッド１６の配列板２０に吸着される。導電性ボールＢを吸引配列したボール配列保持ヘッド１６は第２ポジションＰ2に回動され、この第２ポジションＰ2で検査用カメラ２１によってボール配列状態が検査される。
【００３８】
つぎに、ボール配列状態の検査終了後のボール配列保持ヘッド１６はさらに、第３ポジションＰ3に回動される。この場合、第２ポジションＰ2でのボール配列状態検査で、たとえば図４（ｃ）のようなボール配列不良Ｆ1〜Ｆ3が検出されたものとする。制御装置においてボール配列不良Ｆ1〜Ｆ3を避けるように最適かつ有効な搭載単位領域Ｓ（Ｓ1〜Ｓ3）が演算され、この演算結果に基きボール搭載ヘッド１３をＸ−Ｙ方向に移動し、配列板１８（およびその吸着孔１８ａ）がたとえば搭載単位領域Ｓ1に対応するように位置出しされる。
【００３９】
このように位置出しされたボール搭載ヘッド１３は、その下方の第３ポジションＰ3で待機するボール配列保持ヘッド１６まで降下される。吸引機構１７を作動させながら、配列板１８をボール配列保持ヘッド１６上の導電性ボールＢに接近もしくは接触させることで、搭載単位領域Ｓ1にある導電性ボールＢを各吸着孔１８ａに１つずつ吸着させることができる。これにより搭載単位領域Ｓ1の導電性ボールＢは、ボール配列保持ヘッド１６からボール搭載ヘッド１３へ過不足なく完全かつ適正に移載される。
【００４０】
つぎに、ボール搭載ヘッド１３は、ボール搭載ステージで待機しているウェハＷに対する位置合せが行なわれる。そしてボール搭載ヘッド１３を降下させることにより、その配列板１８に吸着されている搭載単位領域Ｓ1分の導電性ボールＢは、図５のようにフラックスＭが塗布されたウェハＷのバンプ形成位置Ｗ1上に搭載される。
【００４１】
ボール搭載後、ボール搭載ヘッド１３はつぎの搭載単位領域Ｓ2にある導電性ボールＢを搭載すべく、上述の第３ポジションＰ3で待機するボール配列保持ヘッド１６の上方まで戻る。そして、搭載単位領域Ｓ1の場合と同様に、搭載単位領域Ｓ2にある導電性ボールＢは、ボール配列保持ヘッド１６からボール搭載ヘッド１３へ移載され、ウェハＷのバンプ形成位置Ｗ1上に搭載される。さらに、搭載単位領域Ｓ3についても同様に行なわれ、図２に示したように搭載単位領域Ｓ1〜Ｓ3の導電性ボールＢが順次ウェハＷに搭載される。
【００４２】
第３ポジションＰ3のボール配列保持ヘッド１６に保持されていた搭載単位領域Ｓ1〜Ｓ3の導電性ボールＢがすべて搭載されると、支持機構１５をこの例では９０°回動させる。これによりつぎの新たなボール配列保持ヘッド１６が第３ポジションＰ3に回動され、上記と同様なボール搭載動作が繰り返される。なお、ボール搭載が完了したボール配列保持ヘッド１６は、クリーニング機構２２によって配列板２０が清掃される。
【００４３】
上記のようにボールトレー１４内の導電性ボールＢを一旦、ボール配列保持ヘッド１６により搭載単位領域Ｓよりも大きな領域に吸引配列して保持し、この保持された導電性ボールＢをつぎに、ボール搭載ヘッド１３により搭載単位領域Ｓと等しい領域に吸引配列して移載する。そして、この移載された導電性ボールＢをウェハＷの搭載単位領域に一括で配列搭載する。
【００４４】
その際、ボールトレー１４内からボール配列保持ヘッド１６に吸引配列された導電性ボールＢの保持状態を検査する。そしてその検査結果に応じて、適正に保持されている搭載単位領域分のみを移載することにより、ウェハＷに対してつねに導電性ボールＢを適正かつ確実に搭載することができる。この場合、ボール配列保持ヘッド１６にボール配列不良Ｆがあったとしても（図４（ｂ），（ｃ）参照）、それを修復あるいは再搭載する等の必要がなく、ボール搭載工程を間断なく行なうことができるため、導電性ボールＢを高効率で搭載し、かつ高品位なバンプを形成することができる。
【００４５】
ここで、本発明の変形例において、ボール配列保持ヘッド１６は搭載単位領域Ｓと等しい領域を持つものであってよく、搭載単位領域Ｓと等しい領域に吸引配列して保持し、上記と同様に導電性ボールＢがボール搭載ヘッド１３に吸引配列される。
【００４６】
さらにその場合、そのような搭載単位領域Ｓと等しい領域を持つボール配列保持ヘッド１６を含むボール吸引配列部（図３参照）を複数備え、各ボール吸引配列部から順次、導電性ボールＢをボール搭載ヘッド１３に搭載するようにしてもよい。このように複数のボール配列保持ヘッド１６を持つことで極めて効率よく導電性ボールＢを搭載することができる。
【００４７】
本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらの例にのみ限定されるものでなく、本発明の範囲内で種々変更等が可能である。
たとえば、ボール搭載ヘッド１３を複数有し、相互の作動タイミングを図りながらボール配列保持ヘッド１６から導電性ボールＢを移載することもでき、これにより動作の待ち時間を発生させるなく効率的に作動させることができる。
また、導電性ボールＢの搭載単位領域Ｓと半導体チップＣ部分を対応させる例を説明したが、搭載単位領域Ｓとして半導体チップＣ複数個分として設定することもできる。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ボール配列保持ヘッドに吸引配列された導電性ボールの保持状態を検査し、適正な搭載単位領域分のみを移載することにより、つねに導電性ボールを適正かつ確実に搭載することができる。ボール搭載工程を効率的に行なうことができるため、高い効率で高品位なバンプを形成することができる。したがって、歩留まりの向上を図るとともに、品質に優れたバンプを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるバンプ形成方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態に係るウェハの平面図である。
【図３】本発明の実施の形態における導電性ボールの配列搭載装置の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるボール搭載ヘッドおよびボール配列保持ヘッドの構成例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるボール搭載ヘッドによるボール搭載工程を示す図である。
【図６】ボール搭載ミスを説明するための図である。
【符号の説明】
１０ 支持台
１１ ガイドレール
１２ 支持機構
１３ ボール搭載ヘッド
１４ ボールトレー
１５ 支持機構
１６ ボール配列保持ヘッド
１７ 吸引機構
１８ 配列板
１８ａ 吸引孔
１９ 吸引機構
２０ 配列板
２０ａ 吸引孔
２１ 検査用カメラ
２２ クリーニング機構
Ｗ ウェハ
Ｃ 半導体チップ
Claims (8)
- 容器内の導電性ボールを吸引配列して、搭載対象物のバンプ形成位置に対して前記導電性ボールを搭載単位領域ごとに一括で搭載するようにしたボール配列搭載方法であって、
前記容器内の前記導電性ボールを独立した複数の領域に吸引配列して保持し、これらの保持された吸引配列領域の中から選択的に前記導電性ボールを別途吸引配列して移載し、この移載された前記導電性ボールを前記搭載対象物の前記バンプ形成位置に一括で配列搭載することを特徴とする導電性ボールの配列搭載方法。 - 前記導電性ボールを前記搭載単位領域よりも大きな領域に吸引配列して保持し、この保持された前記導電性ボールを前記搭載単位領域と等しい領域に別途吸引配列して移載することを特徴とする請求項１に記載の導電性ボールの配列搭載方法。
- 容器内の導電性ボールを吸引配列して、搭載対象物のバンプ形成位置に対して前記導電性ボールを搭載単位領域ごとに一括で搭載するようにしたボール配列搭載装置であって、
前記容器内の前記導電性ボールを独立した複数の領域に吸引配列して保持するボール配列保持ヘッドと、これらの保持された吸引配列領域の中から選択的に前記導電性ボールを別途吸引配列して移載し、前記搭載対象物の前記バンプ形成位置に一括で配列搭載するボール搭載ヘッドとを備えたことを特徴とする導電性ボールの配列搭載装置。 - 前記搭載単位領域と等しい領域を持つ複数の前記ボール配列保持ヘッドを備えたことを特徴とする請求項３に記載の導電性ボールの配列搭載装置。
- 前記搭載単位領域よりも大きな領域を持つ複数の前記ボール配列保持ヘッドを備えたことを特徴とする請求項３に記載の導電性ボールの配列搭載装置。
- 前記ボール配列保持ヘッドに保持された前記導電性ボールの保持状態を検査する検査手段を有し、その検査結果に応じて、適正に保持されている前記導電性ボールを前記ボール搭載ヘッドに移載することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の導電性ボールの配列搭載装置。
- 搭載対象物のバンプ形成位置に対して導電性ボールを搭載し、搭載した前記導電性ボールを溶融して後、冷却固化させてバンプを形成するバンプ形成方法であって、
前記搭載対象物のバンプ形成位置に前記導電性ボールを搭載する際、請求項１又は２に記載の導電性ボールの配列搭載方法を使用することを特徴とするバンプ形成方法。 - 搭載対象物のバンプ形成位置に対して導電性ボールを搭載し、搭載した前記導電性ボールを溶融して後、冷却固化させてバンプを形成するバンプ形成装置であって、
請求項３〜６のいずれか１項に記載の導電性ボールの配列搭載装置を備え、前記搭載対象物のバンプ形成位置に前記導電性ボールを搭載することを特徴とするバンプ形成装置。
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