JP4629218B2 - 導電性ボールの吸引配列装置及び吸引配列方法 - Google Patents

導電性ボールの吸引配列装置及び吸引配列方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細導電性ボールの吸引配列装置及びそれを用いた微細導電性ボール配列の方法に関し、特に、ボール吸着孔が複数個形成されている配列基板上に複数の微細導電性ボールを一括吸引保持して、プリント基板及び半導体チップ等の電子部品の電極上に転写配列させる装置及び方法に用いて好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
近時においては、半導体チップの電気的接続に微細な導電性ボールを用いたボールバンプが用いられるようになっている。ボールバンプを用いることにより、パッケージの小型化、多ピン化等の数々のメリットを得ることができる。このような微細な導電性ボールを用いたバンプ形成技術は、例えば、特開平7−153765号公報に記載されている。
【0003】
上記公報に記載にて提案されているバンプ形成方法は、少なくとも半導体チップ1つ分の導電性ボール群を吸着保持するようにしている。そして、複数の導電性ボール群を吸着保持するために、半導体チップ上のバンプ形成位置に対応した全ての位置に吸着孔が形成されているボール配列基板を用い、上記ボール配列基板に微細な導電性ボールを吸着保持した後、上記ボール配列基板を接合用ステージまで搬送して被接合部に接合するようにしている。
【0004】
従って、この場合は均一に形成された微細導電性ボールをバンプ形成位置に一括接合することができるので、高い信頼性が得られるバールバンプを容易に、かつ効率的に形成することができる。
【0005】
ところで、最近は、半導体装置の微細化が益々進み、電極の配線ピッチは非常に細かくなってきている。そのため、前記電極上にボールバンプを形成する場合に用いられる導電性ボールは、電極の配線ピッチの微細化に応じてより微細になってきている。
【0006】
このような状況において、半導体チップ1つ分の配列を行うことは、工程が煩雑となり、コスト面、時間的にもデメリットが大きい。このため、ウエハを個々のチップ毎に切断する前、すなわちダイシング工程を行う前に、ウエハ上の複数のチップに相当する全ての電極上に導電性ボールを配置することが行われている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の半導体チップが形成されたウエハ上の全ての電極上に一括して導電性ボールを配置しようとした場合、ボールの吸着配列(工程)において配列不良が発生し、吸引ヘッドへの吸着配列時間が長くかかるという問題が生じていた。
【0008】
この問題の要因としては、いくつかの要因が挙げられる。第1に、半導体チップ1つ分の導電性ボールを吸着する場合と比較して、吸引の風量が非常に大きくなることが挙げられる。風量が増大しても、容器内の導電性ボールの跳躍高さは半導体チップ1個分の吸着を行う場合と変わりがないため、吸引ヘッドと容器との間に流れ込む風速は非常に大きくなり、容器に入れられた導電性ボールが容器の中央近傍に密集してしまうことになり、吸引ヘッドの吸引配列外周部分で吸着を良好に行うことができず、吸着配列に時間がかかることとなっていた。
【0009】
また、風量の増大により、吸引ヘッドと容器との間でガスの乱れ(渦流)が発生し易くなり、容器内の導電性ボールが吸引ヘッドに吸着されにくくなることも要因となっていた。
【0010】
また、最外周部分の吸引を行うために吸引圧力を多くかけると、吸引配列されたボールが変形し、転写残りが生じるという問題も生じていた。
【0011】
更に、吸引ヘッドの面積が大きくなるため、吸引風量が増大し、吸引ポンプの容量を大きくする必要もあり、製造コストの上昇も避けることができなかった。
【0012】
本発明はこのような問題を解決するために成されたものであり、吸引ヘッドに導電性ボールを吸着して配列する際に、吸引ヘッドの中央近傍に容器内の導電性ボールが集中して吸引されてしまうことを抑止して吸着に要する時間を短縮するとともに、大面積のウエハに対して一括して導電性ボールを配置することのできる導電性ボールの吸引配列方法及び吸引配列装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の導電性ボールの吸引配列装置は、容器内に入れられた複数の導電性ボールを吸引ヘッドを用いて吸引し、前記導電性ボールを被配列対象物であるウエハに形成された複数の半導体チップの電極上に一括して配置するようにした導電性ボールの吸引配列装置であって、前記吸引ヘッドは、前記導電性ボールを吸着するためのボール吸着孔が複数個形成された配列板を下面に有して構成された負圧室と、前記負圧室を少なくとも2つの空間に仕切るために前記配列板上に略垂直に配置され、かつ前記負圧室を複数の同心円状に仕切るように配置された仕切り板を備え、前記配列板上に通気性材料を備え、前記仕切り板は前記通気性材料を介して前記配列板上に配置されている。
【0015】
本発明の導電性ボールの吸引配列装置の一態様例においては、前記空間毎に圧力測定センサーと圧力調整弁を設け、前記空間毎に圧力制御するようにしている。
本発明の導電性ボールの吸引配列装置の一態様例においては、前記負圧室の空間を順次減圧して、前記配列板の周囲から中心に向かって、若しくは中心から周囲に向かって順次導電性ボールを吸引する手段を有する。
本発明の導電性ボールの吸引配列装置の一態様例においては、前記配列板と前記容器との間における流速を前記負圧室の各空間毎に略均等となるように各空間の底面積を設定している。
【0016】
本発明の導電性ボールの吸引配列方法は、容器内に入れられた複数の導電性ボールを吸引ヘッドを用いて吸引し、前記導電性ボールを被配列対象物であるウエハに形成された複数の半導体チップの電極上に一括して配置するようにした導電性ボールの吸引配列方法であって、前記導電性ボールを吸着するためのボール吸着孔が複数個形成された配列板を下面に有して構成された負圧室と、前記負圧室を少なくとも2つの空間に仕切るために前記配列板上に略垂直に配置され、かつ前記負圧室を複数の同心円状に仕切るように配置された仕切り板とを備えた吸引ヘッドを用い、前記配列板上の前記負圧室側の全面に配置された通気性材料を介して前記空間毎に吸引を行う。
【0017】
本発明の導電性ボールの吸引配列方法の一態様例においては、前記負圧室の空間を順次減圧して、前記配列板の周囲から中心に向かって、若しくは中心から周囲に向かって順次導電性ボールを吸引する。
本発明の導電性ボールの吸引配列方法の一態様例においては、前記配列板と前記容器との間における流速を前記負圧室の各空間毎に略均等となるように各空間の底面積を設定している。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る導電性ボールの吸引配列装置及び吸引配列方法の実施形態を図面を参照しながら説明する。図1及び図2の例は、吸引ヘッド100の真空室(負圧室)を複数のエリアに分割するとともに、各エリア毎に減圧/加圧系統を設けた例を示し、図1はエリア分割の一例を説明するための吸引ヘッド100の平面図、図2は要部の概略構成を示す断面図である。
【0019】
図2に示すように、本実施形態のボール吸引配列装置は、吸引ヘッド100と容器101とを有して構成されている。容器101内には、複数の導電性ボール102が入れられており、吸引ヘッド100を用いて吸引することにより、導電性ボール102を吸引ヘッド100下部に保持された配列基板1に一括して吸着する。配列基板1は、導電性ボール102を吸引する系とは別の吸引系で真空吸引されることにより、吸引ヘッド100のヘッド本体4に保持される。なお、配列基板1は接着等の方法によりヘッド本体4と一体に構成してもよい。
【0020】
ボールの配列基板1とヘッド本体4の間には真空室が形成されている。図1及び図2に示すように、本実施形態においては、真空室内に配置された仕切り板3により吸引ヘッド100に形成された真空室をA1〜A3の3つの領域に分割している。これにより、各真空室A1〜A3に対応する配列基板1の吸着面が3つの領域に分割されることとなる。
【0021】
各真空室A1〜A3のそれぞれには圧力調整弁103と圧力センサー104が設けられている。従って、圧力センサー104によって圧力を検出し、圧力調整弁103で圧力調整を行うことにより、各真空室A1〜A3内の圧力は独立して制御することが可能である。そして、真空室A1〜A3に順次減圧を行うことにより、配列基板1の周囲から中心に向かって、若しくは中心から周囲に向かって順次に導電性ボール102の吸引を行うことができる。
【0022】
このため、直径200mmウエハ等の大径ウエハに形成された複数の半導体チップの電極に一括して導電性ボール102を配置する場合には、例えば2000l/min程度の流量の吸引を行う必要があり、配列基板1と容器101との間の風量が非常に大きくなり、特に配列基板1の周辺領域での吸着が不十分となるが、分割吸引を行うことにより1つの真空室を吸引する際の風量を低減させることができ、容器101の中央近傍に導電性ボール102が集中してしまうことを抑止して配列基板1への吸着効率を向上させることができる。
【0023】
配列基板1上は通気性材料2によって覆われている。そして、各真空室A1〜A3を分割している仕切り板3の下側端面は直接配列基板1とは接触しておらず、仕切り板3と配列基板1との間には通気性材料2が介在している。
【0024】
通気性材料2は、例えば多孔質の材料から構成されており、所定の通気性が保たれた材料である。このため、仕切り板3の下部に配列基板1の吸引孔1aが位置している場合であっても、仕切り板3の下部の吸引孔1aにも各真空室A1〜A3の負圧がかかり、導電性ボール102の吸引を行うことができる。従って、仕切り板3と配列基板1との間に通気性材料2を介在させることにより、配列基板1の吸引孔1aの位置に影響を受けることなく仕切り板2を所定の位置に配置することができる。
【0025】
図3は、図2に示す円 Cの領域を拡大して示す断面図である。図3に示すように、真空室A2を減圧した場合、仕切り板3の下部に通気性材料2を介在させているため、仕切り板3の下部における通気孔1aにも導電性ボール102は吸着されることとなる。通気性材料2を仕切り板3の下部に介在させずに、仕切り板3を配列基板1に直接密着させた場合には、仕切り板3の下部に位置する吸引孔1aに導電性ボール102を吸着させることができない。一方、仕切り板3と配列基板1の間に隙間を設けると、負圧に設定した真空室と隣接する真空室が真空引きされてしまい、独立して各真空室を減圧することができない。本実施形態のように仕切り板3と配列基板1の間に通気性材料2を介在させることで、仕切り板3と配列基板1の間に圧力損失を発生させて各真空室を独立して減圧させることが可能となる。
【0026】
特に、本実施形態における吸引ヘッド100は、直径200mmウエハ等の大径ウエハに形成された複数の半導体チップの電極に一括して導電性ボール102を配置するようにしているため、吸引孔1aは配列基板1に多数個形成されており、仕切り板3が吸引孔1a上に位置しないようにすることは困難である。従って、配列基板1上に通気性材料2を配置することにより、仕切り板3の下部においても確実に導電性ボールの吸着を行うことが可能となる。
【0027】
通気性材料2としては、通気性を有し、かつ吸引、転写加圧時の材料強度を有する材料であれば種々の材料を用いることができるが、特に、多孔質のポーラスメタルや、ハニカム体、多孔板等の表面にメッシュ(金網)、布等の織物、スポンジ等の材料を使用することができる。特に、通気性材料2としてメッシュを用いた場合には、仕切り板3と配列基板1の間隔を精度良く保つことができるというメリットがあり、また、通気性材料2としての多孔板等の表面にメッシュを設けた方法では仕切り板3と配列基板1の双方に点接触で接するため、通気性を良好に保つことが可能となる。
【0028】
なお、本実施形態においては、吸引ヘッド100の真空室の分割を図1に示すように同心円状に分割したが、多角形状あるいは、ブロック状に分割するようにしてもよい。
【0029】
以上説明したように本実施形態によれば、ヘッド本体4と配列基板1との間の真空室をA1〜A3の3つの領域に分割し、各真空室A1〜A3内の減圧/加圧を独立して制御できるようにしたため、真空室A1〜A3に順次減圧を行うことにより、配列基板1の周囲から中心に向かって、若しくは中心から周囲に向かって順次に導電性ボール102の吸引を行うことができる。従って、半径200mmウエハ等の大径ウエハの電極に配列する導電性ボール102を一度に吸引した場合であっても、吸引の風量によって導電性ボール102が容器101の中央近傍に集中したり、配列基板1と容器101との間で渦流が生じて、配列基板1に対する吸引が不十分になることを抑止することができる。
【0030】
また、仕切り板3と配列基板1との間に通気性材料2を介在させるようにしたため、吸引孔1a上に仕切り板3を配置した場合であっても、減圧による負圧が吸引孔1aにかかることとなり、仕切り板3の下側に位置する吸引孔1aに対しても確実に吸引を行うことが可能となる。従って、吸引孔1aの位置に制約を受けることなく、配列基板1上に自在に仕切り板3を配置することが可能となる。
【0031】
更に、配列基板1と容器101との間における流速を各真空室A1〜A3毎に略均等となるように各真空室A1〜A3ノ底面積を設定したため、真空室A1〜A3に対応した配列基板1の各領域に均等に導電性ボール102を吸引することができる。
【0032】
【発明の効果】
本発明によれば、配列基板に導電性ボールを配列する際に、配列基板の中央近傍に容器内の導電性ボールが集中してしまうことを抑止することができる。従って、吸着の効率を向上させることができ、吸着に要する時間を短縮するとともに、大面積のウエハに対して一括して導電性ボールを配置することを可能とした導電性ボールの吸引配列装置及び吸引配列方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ボール吸引配列装置の吸引ヘッドの平面構成を示す模式図である。
【図2】ボール吸引配列装置の構成を示す概略断面図である。
【図3】ボール吸引配列装置の吸引ヘッドの主要部を示す概略断面図である。
【符号の説明】
1 配列基板
2 通気性材料
3 仕切り板
4 ヘッド本体
100 吸引ヘッド
101 容器
102 導電性ボール
1〜A3 真空室
103 圧力調整弁
104 圧力センサー

Claims (7)

  1. 容器内に入れられた複数の導電性ボールを吸引ヘッドを用いて吸引し、前記導電性ボールを被配列対象物であるウエハに形成された複数の半導体チップの電極上に一括して配置するようにした導電性ボールの吸引配列装置であって、
    前記吸引ヘッドは、
    前記導電性ボールを吸着するためのボール吸着孔が複数個形成された配列板を下面に有して構成された負圧室と、
    前記負圧室を少なくとも2つの空間に仕切るために前記配列板上に略垂直に配置され、かつ前記負圧室を複数の同心円状に仕切るように配置された仕切り板を備え、
    前記配列板上に通気性材料を備え、前記仕切り板は前記通気性材料を介して前記配列板上に配置されていることを特徴とする導電性ボールの吸引配列装置。
  2. 前記空間毎に圧力測定センサーと圧力調整弁を設け、前記空間毎に圧力制御することを特徴とする請求項に記載の導電性ボールの吸引配列装置。
  3. 前記負圧室の空間を順次減圧して、前記配列板の周囲から中心に向かって、若しくは中心から周囲に向かって順次導電性ボールを吸引する手段を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の導電性ボールの吸引配列装置。
  4. 前記配列板と前記容器との間における流速を前記負圧室の各空間毎に略均等となるように各空間の底面積を設定したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の導電性ボールの吸引配列装置。
  5. 容器内に入れられた複数の導電性ボールを吸引ヘッドを用いて吸引し、前記導電性ボールを被配列対象物であるウエハに形成された複数の半導体チップの電極上に一括して配置するようにした導電性ボールの吸引配列方法であって、
    前記導電性ボールを吸着するためのボール吸着孔が複数個形成された配列板を下面に有して構成された負圧室と、前記負圧室を少なくとも2つの空間に仕切るために前記配列板上に略垂直に配置され、かつ前記負圧室を複数の同心円状に仕切るように配置された仕切り板とを備えた吸引ヘッドを用い、
    前記配列板上の前記負圧室側の全面に配置された通気性材料を介して前記空間毎に吸引を行うことを特徴とする導電性ボールの吸引配列方法。
  6. 前記負圧室の空間を順次減圧して、前記配列板の周囲から中心に向かって、若しくは中心から周囲に向かって順次導電性ボールを吸引することを特徴とする請求項5に記載の導電性ボールの吸引配列方法。
  7. 前記配列板と前記容器との間における流速を前記負圧室の各空間毎に略均等となるように各空間の底面積を設定したことを特徴とする請求項5又は6に記載の導電性ボールの吸引配列方法。
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