JP5685162B2 - 導電性ボールの搭載装置 - Google Patents

Description

本発明は、導電性ボールを基板の所定の位置に搭載するための装置に関するものである。

ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）を始めとする半導体デバイスあるいは光学デバイスなどを実装する際の電気的な接続を得るために、半田ボールが用いられる。近年、半田ボールに限らず、他の導電性金属、さらには金属をコーティングした導電性ボールであって、直径が１ｍｍ程度以下の微小な粒子を基板に搭載することが検討されている。

特許文献１に、微小粒子を意図する位置に配列させる技術の一例が開示されている。この特許文献１には、微小粒子を配列させるための開孔部を備えたマスクの上で、所定の柔らかさを有するスキージ（squeegee）と称される移動手段により微小粒子を移動させ、微小粒子をマスクの開孔部に挿入して、吸引される空気により多孔板の上に配列・吸着させることが開示されている。

特許文献１のスキージは、開孔部に挿入されなかった余分な微小粒子を移動するものであり、特許文献１には、マスクの上で直線方向に移動するベルトにスキージを取り付けて移動することが記載されている。また、特許文献１には、リング状の溝を備えたマスクの上で、円盤状の保持部材に取り付けられたスキージを溝に沿って移動することが記載されている。しかしながら、いずれの場合も、微小粒子は、スキージにより、予め定められた１つの方向に移動される。スキージを往復動するものも開示されているが、その場合でも、移動方向は往方向および復方向の２方向である。

又、特許文献２に、ホッパを移動しながら、ホッパに貯留されたボールをホッパに設けられたスリットから１列に落下させる構造と、マスクに設けられた貫通孔に落下せずにマスクに残ったボールを、エアブローでマスク上の一定範囲から飛散させない構造が開示されている。この装置は、ホッパとスリットに拘束されたボールをスリットから一列に落下させ、マスクに設けられた貫通孔に落下させることを旨とし、さらに、貫通孔に落下しないでマスクに残ったボールを、他の貫通孔への落下補助とするものである。

しかし、この装置は、ホッパ内でボールが棚をつくり落下しなくなる欠点がある。更に、スリットでは、ボールが干渉し合って自由な動きができないため、ボールが詰まってボールがマスク上に落下しなくなる欠点がある。加えて、エアブローにより集められたボールは、空気によりエアボール枠の中央部に集まり、エアブロー枠内の中央部の貫通孔への落下を助長するだけのものである。
特開平９−１４８３３２号公報 特開２００３−２５８０１６号公報

特許文献１では、開孔に微小粒子を吸引挿入することにより、微小粒子を、適切に、必要な位置に配列させるようにしている。吸引の有無に関わらず、微小粒子、すなわち、導電性ボールを、マスクにパターニングされた開孔あるいは開口にミスなく充填するための条件の１つに、開口の数（開口密度）に対して十分に多い数の導電性ボールを供給することが挙げられる。しかしながら、開口の数に対して導電性ボールの数が多くなると、導電性ボールがマスクの表面を移動する時間は長くなる。そのため、様々な要因、例えば、大気との接触、ボール同士の接触、ボールとマスクの接触、さらにはボールとスキージとの摩擦および接触により、ボールの表面が磨耗したり、変形したり、電極としての性能が低下する。したがって、充填ミス、およびそれによる基板（ワーク）上への配置あるいは搭載ミスを減らそうとして大量の導電性ボールを移動しようとすると、基板に配置された導電性ボールに問題が発生する可能性が高くなる。さらに、大量のボールを移動する方法は、配置されなかった大量の導電性ボールを廃棄する必要があるために、導電性ボールのロス率が高くなり経済的にも好ましくない。

また、導電性ボールを同じ方向にスキージにより移動すると、スキージの条件、マスクの条件などにより、スキージの長手方向にボールの粗密が発生し易く、開口への充填ミスおよびボールの搭載ミスに繋がる。導電性ボールの移動量を増やして歩留まりを改善しようとすると、上記と同様にロスが増える。特許文献１の装置では、マスクの上でスキージを往復動させて開口への挿入ミスを減らしている。しかしながら、往復を繰り返せば繰り返すほど、スキージの移動に伴って開孔へ挿入される粒子の数は減るので、移動による粒子の損傷が進行する。

本発明の一態様は、導電性ボールを基板に配置するための複数の開口を備えたマスクを基板にセットした状態で、複数の開口に前記導電性ボールを充填する装置である。この装置は、マスクの表面の一部に導電性ボールの集団を保持する部材を含むヘッドであって、ヘッドの下側の前記マスクの一部に導電性ボールが保持される動区域を形成するヘッドと、ヘッドをマスクの表面に沿って移動させる移動手段と、動区域の導電性ボールの密度を検出する光学センサーとを有する。

動区域の内部に導電性ボールの量が多すぎると充填ミスが発生しやすくなるなどの問題が発生する。この装置においては、光学センサーを設け、動区域内においてマスク上に導電性ボールが存在する領域および導電性ボールが存在しない領域の有無を検出し、動区域内のマスク上に、導電性ボールが存在する領域と導電性ボールが存在しない領域との境界部分で導電性ボールがマスク上に一層となる部分を形成する。このため、動区域に多すぎる導電性ボールを入れずに済み、充填ミスなどの問題の発生を抑制できる。

また、この装置は、光学センサーにより、存在する領域および存在しない領域の面積の少なくとも一方の増減を検知する手段を有することが望ましい。

図１に、本発明の一形態にかかる搭載装置の概略構成を示してある。この搭載装置１は、ボールマウンタと呼ばれ、半導体基板（ウェハまたはワークピース）１０の所定の位置に、導電性のボールを配置するためのものである。現状のウェハ１０は、直径が８インチまたは１２インチ程度のものが多い。基板１０に搭載される導電性ボールは微細化されており、直径が１ｍｍ以下であり、直径が１０〜５００μｍ程度のボールを搭載することが検討されており、現状では直径３０〜３００μｍ程度のボールを搭載することが求められている。導電性ボールには、半田ボール、金あるいは銀などの金属製のボール、さらに、セラミック製のボールあるいはプラスチック製のボールに導電性のメッキなどの処理が施されたものが含まれる。

このボールマウンタ１は、吸引などの方法により反りを矯正した水平な状態で基板１０をセットするための台盤（テーブル）２と、導電性ボールを基板１０の所定の位置に配置するための複数の開口を備えたマスク１１を基板１０にセットするためのマスクハンドラー（マスクキャリア）３と、マスク１１の開口に導電性ボールを充填するための充填装置５とを備えている。マスクハンドラー３は、実線で示した基板１０の上方の位置と、二点鎖線で示した退避位置との間でマスク１１を移動するための搬送ユニット３１と、基板１０とマスク１１との位置あわせを行うアライメントユニット３２とを備えている。マスク１１を基板１０にセットするためのデバイスは、マスク１１の位置を固定し、基板１０が上下および／または水平方向に移動してマスク１１と基板１０とを位置あわせするものであっても良い。また、マスク１１は、マスク枠に固定されており、マスク枠を介してマスク１１を人手で装置に送入することができる。

マスク１１は、微小な導電性ボールが一つずつ挿入されるのに適したサイズの複数の開口を備えている。基板１０は、通常、複数の半導体デバイスが含まれており、マスク１１の複数の開口は、それらの半導体デバイスの所定の位置に導電性ボールを配置するためのルールに従った繰り返しのあるデザインで形成されている。マスク１１に設けられたこれらの開口は、開孔、パターン孔、開口パターンなどと称されており、本明細書においても、複数の開口を対象として説明するときはそれらを開口パターンと記載することがある。

充填装置５は、基板１０にセットされたマスク１１の表面１１ａに沿って移動し、マスク１１の開口に導電性ボールを充填するためのヘッド２０と、このヘッド２０をマスク１１の表面１１ａの上で支持し、任意の方向に移動させるヘッド移動装置５０と、ヘッド２０の動きを制御するためのプログラム５９ｐにより動作するコントローラ５９とを備えている。ヘッド移動装置５０は、マスク１１に垂直な軸５５を中心に回転するように支持するモータ５６と、Ｙ方向に伸縮可能なアーム５３を介してモータ５６を支持するキャリッジ５２とを備えており、キャリッジ５２はキャリッジシャフト５１に沿ってＸ方向に移動する。したがって、移動装置５０のアーム５３、キャリッジ５２およびキャリッジシャフト５１により、ヘッド２０は、マスク１１の表面１１ａをＸ−Ｙ方向の任意の位置にセットできる。また、制御用のプログラム５９ｐにより、コントローラ５９を介して移動装置５０を制御することにより、ヘッド２０を、マスク１１の表面１１ａに沿って任意の軌跡を描くように移動できる。コントローラ５９の多くは、コンピュータあるいはマイクロコンピュータを用いて構成される。制御用のプログラム（プログラム製品）５９ｐは、ＲＯＭなどの適当な記録媒体に記録して提供される。充填装置５をＬＡＮなどのコンピュータネットワークを介して制御することも可能であり、プログラム５９ｐをネットワーク上のサーバなどから提供することも可能である。

この搭載装置１は、導電性ボールを配置するための複数の開口を備えたマスク１１を基板１０にセットする第１の工程と、マスク１１の表面１１ａに沿って移動するヘッド２０により導電性ボールをマスク１１の開口に充填する第２の工程とを有し、基板１０の所定の位置に導電性ボールを搭載する。以降においては、充填装置５の構成および動作を説明しながら、充填する第２の工程の処理の詳細についてさらに説明する。

図２に、充填装置５のヘッド２０を側面から見た様子を拡大して示してある。ヘッド２０は、円盤状のスキージサポート２１と、このスキージサポート２１の下面２１ａからマスク１１の表面１１ａに向かって突き出た６セットのスキージ２２とを備えている。スキージサポート２１の中心は、マスク１１に対して垂直方向に延びたシャフト５５に繋がっている。ヘッド２０は、モータ５６により、シャフト５５を中心として、スキージサポート２１を上方から見て反時計方向に回転駆動される。このヘッド２０においては、モータ５６が軸５５を中心としてスキージサポート２１をマスク１１の表面１１ａに沿って回転駆動する手段となり、軸５５がアーム５３、キャリッジ５２およびキャリッジシャフト５１によりマスク１１の表面１１ａに沿ってＸ―Ｙの任意の方向に移動される。したがって、ヘッド移動装置５０により、ヘッド２０を回転しながら、ヘッド２０をマスク１１の表面１１ａの上を任意の軌跡を描くように移動できる。キャリッジ５２には、導電性ボールをシャフト５５の内部を介してスキージサポート２１の中心からマスク１１の上に補給するボール補給装置６０が搭載されている。制御プログラム５９ｐは、コントローラ５９を介して補給装置６０から補給されるボールの量も制御する。

図３に、スキージサポート２１の下面に取り付けられた６セットのスキージ２２の配置を、スキージサポート２１を上方から見た状態で示してある。また、図４に、ヘッド２０の構成を、ヘッド２０が静止している状態で、スキージサポート２１の直径方向に切った断面により示してある。６セットのスキージ２２は、それぞれが上方から見ると長方形になるように取り付けられた複数のスウィープ部材２３を備えている。スウィープ部材２３は、マスク１１の表面１１ａに比較的柔らかく接し、表面１１ａに残った導電性ボール１５を掃き集めることができるものであれば良い。スウィープ部材２３としては、マスク１１の表面１１ａに接するように曲げられたワイヤー、マスク１１の表面１１ａに接するような形状のゴムプレートあるいはスポンジのような弾性部材、マスク１１の表面１１ａに接する程度に伸びた無数のワイヤーを挙げることができる。

これらのスキージ２２は、回転シャフト５５と同心円状の内円２６の回りに、円周方向に均等なピッチで、内円２６の接線方向の反時計方向に、外円２７まで直線的に延びるように配置されている。したがって、スキージ２２がマスク１１の表面１１ａに接した状態で、スキージサポート２１を上方から見て反時計方向に回転させると、スキージ２２の進行方向（回転方向）にある導電性ボール１５を、矢印１８のように、内円２６の方向に押し払う。このため、マスク１１の表面１１ａに残った導電性ボール１５は、内円２６の方向に移動され、内円２６の内部に集められる。したがって、このヘッド２０を用いた充填装置５において、内円２６は、導電性ボール１５の集団１６をマスクの表面１１ａの一部に保持するための動区域に対応し、ヘッド２０と共にマスク１１の上を移動する。そして、ヘッド２０が回転することにより、導電性ボール１５が逸散しないように、ヘッド２０により、動区域２６の周辺である外円２７から動区域２６に向けて導電性ボール１５が集められる。

すなわち、図３および以下の図面において、内円２６および外円２７として示した区域は仮想的なものである。しかしながら、このヘッド２０をマスク１１の表面１１ａにおいて、ヘッド移動装置５０により回転させながら移動すると、マスク１１の上に残った、内円２６と外円２７の範囲内の過剰な導電性ボール１５は、ヘッド２０の中心の内円２６の方向に集められる。複数のスキージ２２が、回転する方向（進行方向）に多重に配置されているので、ヘッド２０が移動することにより内円２６の周囲に食み出した導電性ボール１５は次々と移動先の内円２６の方向に集められる。したがって、ヘッド２０の回転中心の回りの円形の動区域２６に導電性ボール１５が保持され、ヘッド２０の移動と共に円形の動区域２６が移動し、その中に保持された複数の導電性ボール１５の集団１６も移動する。このように、本例の充填装置５においては、ヘッド２０の中心の仮想的な円形の区域２６が、導電性ボール１５の集団１６が保持されるマスク１１の表面１１ａの一部の動区域２６となり、ヘッド２０の移動により、その動区域２６が移動する。

充填装置５のヘッド移動装置５０は、マスク１１の表面１１ａをＸＹ平面として、そのＸＹ平面の任意の方向にヘッド２０を移動できる。また、ヘッド２０の移動方向を、動的に任意に変えることができる。さらに、ヘッド２０は、ヘッド２０の移動方向に関わらず、回転することにより円形の動区域２６の中に導電性ボール１５を集めて保持できる。このため、充填装置５は、円形の動区域２６に導電性ボール１５を保持した状態で、動区域２６をマスク１１の表面１１ａの任意の方向に移動することができ、また、その移動方向を任意に、動的に変えることができる。

図５に、マスク１１の表面１１ａをカバーするように、円形の動区域２６を移動するための軌跡の一例を示している。図５（ａ）は、ヘッド２０をマスク１１の表面１１ａの上を螺旋状または渦巻き状の軌跡を描くように移動した例を模式的に示したものである。ヘッド２０の移動により、ボール１５を充填するため円形の動区域２６も、螺旋状または渦巻き状の軌跡７１でマスク１１の表面全体を移動し、基板１０の所定の位置に導電性ボール１５を配置する。螺旋状または渦巻き状の軌跡７１は、基板１０が円形であったり、マスク１１が円形であったり、導電性ボール１５を充填する全体の領域が円形である場合に適している。ヘッド２０を自転させながら、開口１２が設けられている領域の外からマスク１１の中心Ｏ付近へ移動させた後、マスク１１の中央部から周辺部へ螺旋状に移動させる（螺旋状に向かう軌跡にする）ことにより、マスク中央部でのボール未充填を少なくすることができる。

なお、図５（ａ）には、動区域２６の移動の軌跡７１を、回転中心が移動する線で代表して示している。また、分かりやすくするために、ヘッド２０と動区域２６とを共に同じ円で示しているが、上述したように動区域２６はヘッド２０と同心円状に形成されるものであり、同じ大きさになるものではない。しかしながら、動区域２６はヘッド２０と同心円状に構成されるので、それらが移動する際の中心の軌跡は同じになる。また、本明細書において、動区域２６の軌跡とは、中心の移動を示すものではなく、動区域２６がマスク１１の表面１１ａを移動した幅を持った跡あるいは経路を示す。さらに、動区域２６の軌跡は、物理的には、マスクの開口１２に導電性ボール１５が充填されているという結果によって跡が残ると言えるとしても、マスク１１の表面１１ａに何らかの痕跡を示すものでなくても良い。動区域２６の軌跡の具体的な形態は、充填装置５の移動装置５０を制御するプログラム５９ｐにおいて、適当な関数あるいはルックアップテーブルなどのデータとして与えられる。

図５（ｂ）に軌跡７１の一部を拡大して示してある。図５（ｃ）に軌跡７１の一部をさらに拡大して示してある。動区域２６によりマスク１１の表面１１ａの全体を漏れなくカバーするために、充填装置５のヘッド移動装置５０により、ヘッド２０は、動区域２６の軌跡の一部が重複するように動かされる。この例では、軌跡７１の隣接する部分Ｔ（ｎ）およびＴ（ｎ＋１）がほぼ５０％重複するような軌跡７１が選択されている。この軌跡７１によりヘッド２０を移動することにより、動区域２６は、結果として、マスク１１表面のほぼ全体を２回通るように移動し、マスク１１の開口１２にボール１５を充填する。他の実施例では、動区域の直径が４０ｍｍで、螺旋ピッチが８ｍｍである。この条件での重複率は８０％である。

マスク１１の開口パターン１２への充填漏れを抑制するためには、動区域２６を、重複率の高い軌跡を描くように移動することが望ましい。一方、軌跡の重複率が高いと、ボール１５を基板１０の全体に配置するために要する処理時間が長くなる。また、軌跡の重複率が高いと、ボール１５の消費量が低下し、ボールが長時間にわたり動区域２６に存在することにより損傷する確率が上がる。このため、動区域２６は、重複率は１０％〜９８％の範囲の軌跡を描くように動かすことが好ましい。動区域２６は、重複率は３０％〜９５％の範囲の軌跡を描くように動かすことがさらに好ましい。重複率が４０％〜９０％の軌跡は、動区域２６を移動するための最適な軌跡である。

また、ヘッド２０の移動速度は、遅過ぎると、ボール１５を基板１０の全体に配置するために要する時間がかかり過ぎる。一方、ヘッドの移動速度が速過ぎると、ボール１５が開口１２に落ち込まないうちに動区域２６が通過する確率が高くなる。したがって、ヘッド２０の移動速度は、２〜６０ｍｍ／ｓの範囲が好ましく、さらに、５〜４０ｍｍ／ｓの範囲であることが好ましい。本例の充填装置５においては、ヘッド２０の移動速度は２０ｍｍ／ｓとなるようにプログラム制御される。

図６（ａ）〜（ｅ）に、螺旋状または渦巻き状の軌跡７１の位置Ａ〜位置Ｅにおける導電性ボール１５の集団１６の状態をそれぞれ模式的に示してある。動区域２６の軌跡７１を螺旋状または渦巻き状とした場合、位置Ａから位置Ｅに至るまでの間、ヘッドの進行方向Ｓが連続的に変化し、位置Ｅで再び位置Ａと同じ進行方向となる。位置Ｅを過ぎた後も、これが繰り返される。動区域２６の軌跡７１を螺旋状または渦巻き状とした場合、いずれの位置においても、導電性ボール１５の集団１６は、進行方向Ｓの基端側（後側）に三日月状に不均一に分布する。すなわち、動区域２６の内部に、導電性ボールが存在する三日月状の領域２６ａと、導電性ボールが存在しない領域２６ｂとが存在する。さらに、導電性ボールが存在する領域２６ａと導電性ボールが存在しない領域２６ｂとの境界部分に、導電性ボールが一層となる部分２９ができる。この導電性ボール１５が一層となる部分２９では、導電性ボール１５が一層に敷き詰められているとは限らず、導電性ボール１５が疎密に存在することもあり、基本的には、導電性ボール１５の大部分が多層に重なっておらず、また、積層されていない状態で存在する。動区域２６の軌跡７１を螺旋状または渦巻き状とした場合、いずれの位置においても、三日月状に分布した導電性ボール１５の集団１６の進行方向の先端側（前側）に、導電性ボールが一層となる部分２９が出来易い。

図７に、図６と比べて動区域２６の内部の導電性ボール１５の量を増やした場合における導電性ボール１５の集団１６の状態を示している。動区域２６の内部の導電性ボール１５の量を増やすと、導電性ボールが存在する領域２６ａは、動区域２６の中心側に向かって広がる。これに伴い、導電性ボールが一層となる部分２９もまた、動区域２６の中心側に向かって広がる。この場合も、導電性ボール１５の集団１６は三日月状に分布する。

図８に、ヘッド２０が回転しながら移動している状態を、スキージサポート２１の直径方向に切った断面により示してある。スキージ２２がマスク１１の表面１１ａに接した状態で、スキージサポート２１を上方から見て反時計方向に回転させるとともに、動区域２６の軌跡７１が螺旋状または渦巻き状となるように、動区域２６をヘッド２０と共にマスク１１上において移動させると、いずれの位置においても、スキージ２２の進行方向（回転方向）にある導電性ボール１５が、内円２６の方向に押し払らわれる。このため、マスク１１の表面１１ａに残った導電性ボール１５は、内円２６の方向に移動され、内円２６の内部に集められる。また、動区域２６の内部では、導電性ボール１５が不均一に分布するため、動区域２６の内部の導電性ボール１５が存在する領域２６ａには、導電性ボール１５が存在しない領域２６ｂとの境界部分に、導電性ボール１５が一層となる部分２９ができる。

図９に、スキージ２２の先端がマスク１１の表面１１ａに接している状態を拡大して示してある。各々のスキージ２２は、複数のスウィープ部材２３を備えており、それらがスキージ２２の進行方向に多重に配置されている。複数のスウィープ部材２３は、スキージ２２の進行方向に対して、マスクの表面１１ａに当たる先端が後退するようにサポート２１に取り付けられている。スウィープ部材２３は、マスク１１の上の導電性ボール１５を進行方向Ｄの内側の円形の動区域２６の方向に軽く押す、あるいは掃くようにして移動する。このため、ヘッド２０の内側の円形の領域２６に導電性ボール１５の集団１６が形成され、導電性ボール１５が逸散しない状態に維持される。動区域２６に集められたボール１５は、自重により、その動区域２６にあるマスク１１の開口１２に落下し、開口１２にボール１５が充填される。特に、導電性ボール１５が一層で存在し、積層していない部分２９がマスク１１の開口１２を通過するときに、導電性ボール１５は開口１２に最も効率良く充填される。基板１０の表面には、マスク１１の開口パターン１２に対応して、予め半田付け用のフラックス１７がスクリーン印刷されている。したがって、開口１２に充填された導電性ボール１５はフラックス１７に密着し、基板１０の所定の位置に仮固定される。導電性ボール１５が搭載された基板１０は、その後、公知のリフロー過程を経ることにより、ボール１５が基板１０に固定される。フラックス１７は、ボールの仮固定力を高めるために、粘着力の大きい組成が好ましく、また、ボール１５と反応してボール１５との接着力を高める組成も好ましい。

この充填装置５においては、円形の動区域２６という限られた面積に充填するためのボール１５が常に集められる。したがって、動区域２６に集められた導電性ボール１５の状態を監視することにより、マスク１１の開口１２にボール１５が充填される状況を制御することができる。

例えば、動区域２６に保持される導電性ボール１５は、開口１２に充填されることにより消費される。このため、消費されるボール量に基づいて、ボール１５はボール補給装置６０から動区域２６の内部に投入される。例えば、時間当たりに消費されるボール量に基づいて、所定時間間隔でボール１５を供給することができる。したがって、動区域２６の導電性ボール１５の集団１６の密度は維持され、ボール密度の低下により開口１２に充填される確率が低下することは抑制される。図４に示したヘッド２０は、動区域２６のボール１５の密度を検出する光学センサー６５を備えている。補給装置６０により、所定時間間隔でボールを補給しているにも関わらず、何らかの要因により動区域２６のボール密度が低下して導電性ボールが存在する領域２６ａの面積が大幅に減少したり、導電性ボール１５が存在しない領域２６ｂが形成されないような状態になると、コントローラ５９は、キャリッジ５２に搭載されたボール補給装置６０から導電性ボール１５を動区域２６に供給する量を制御する。また、ヘッド移動中のボール減少は、概略推測できるので、この推測に基づき、ボール供給装置６０からボール１５を連続的あるいは間欠的に供給することもできる。

ボール補給装置６０に、ボール１５を定期的にリニューアルする機構を設けることも可能である。長時間にわたりマスク１１の開口１２に振り込まれずに移動しているだけの状況が続くと、ボール１５は、接触や磨耗などの要因により損傷する可能性がある。動区域２６に保持されたボール１５を回収して、そのような品質が劣化したボールを除去し、正常なボール１５のみを充填用の動区域２６に戻すことができる。

ボール１５を保持しながら移動する動区域２６の適切な面積は、導電性ボールの直径、マスク１１の開口の密度などの条件により変わる。導電性ボール１５の直径が１０〜５００μｍ程度であれば、直径が１０〜１００ｍｍの円形の動区域２６をマスク上に形成できるヘッド２０を用いることが望ましい。ボールを保持するための動区域２６が小さ過ぎると、マスク全体の開口にボールを充填するために要する時間が増大する。したがって、動区域２６の直径は１０ｍｍ以上が好ましい。一方、動区域２６が大き過ぎると、動区域２６の内部におけるボール１５の移動が不十分になり、動区域２６の内部に保持されるボール１５の密度のムラが大きくなる。したがって、動区域２６の直径は１００ｍｍ以下が好ましい。円形の動区域２６のより好ましい範囲は、２０〜６０ｍｍである。

ヘッド２０の回転速度が低すぎると、動区域２６の内部におけるボール１５の移動が不十分となり、ボール１５が一層の状態で存在する領域２９の面積が減少するので、ボール１５の充填ミスが発生する可能性が上がる。したがって、ヘッド２０の回転速度は、１０ｒｐｍ以上が好ましい。一方、回転速度が速すぎると、ボール１５の移動速度が速くなり、ボール１５が開口１２に落ち込まないで通過する確率が高くなり、充填ミスが発生する可能性が上がる。したがって、ヘッド２０の回転速度は、１２０ｒｐｍ以下が好ましい。さらに好ましいヘッドの回転速度の範囲は、３０〜９０ｒｐｍである。例えば、本例の充填装置５においては、ヘッド２０は、ボール１５が集められる円形の動区域２６の直径は４０ｍｍ、回転数は４５ｒｐｍになるようにプログラム制御される。

このように、充填装置５のコントローラ５９は、制御プログラム５９ｐにより、ヘッド２０により、このヘッド２０と共にマスク１１上を導電性ボール１５の集団が移動する動区域２６を形成させ、ヘッド移動装置５０により、動区域２６の軌跡の一部が重複するように動区域２６を移動させる制御を行う。さらに、コントローラ５９は、ヘッド２０を移動する制御と並行して、ボール補給装置６０により、動区域２６に導電性ボール１５が存在する領域２６ａと導電性ボール１５が存在しない領域２６ｂとが形成されるように導電性ボール１５を補充する制御を行う。コントローラ５９は、プログラム５９ｐにより、マスク１１の複数の開口１２に導電性ボール１５を充填する制御に加え、マスク１１をセットする制御、ヘッド２０により充填した後に、マスク１１に残されたボール（残ボール）を除去する作業の制御なども行う。

図１０に、マスク１１の複数の開口１２に導電性ボール１５を充填することに関わる制御方法のさらに具体的な一例をフローチャートで示してある。まず、ステップ１００において、移動装置５０により、ヘッド２０を回転させながら移動し、マスク１１の上に動区域２６を形成すると共に、動区域２６の軌跡が螺旋状などの所定の形状を描くようにする。次に、ステップ１０１において、ボール補充条件が成立中であると、ステップ１０２において、ボール補給装置６０により、動区域２６にボール１５を補給（供給）する。動区域２６のボール１５の密度、ボール１５の存在する領域および／または存在しない領域の有無は、例えば光学センサー６５によって検知できる。ステップ１０３において、動区域２６の内部のボールの不均一性に関わる条件が所定の値に達すると、ボール補充完了条件が成立したと判断され、ステップ１０４においてボール補充状態がクリアされる。したがって、補給装置６０は、動区域２６に対するボール１５の供給を停止する。ボール補充開始条件およびボール補充完了条件は、任意に決定することができるが、これらの条件は、以下の図１１の結果を鑑みて設定することが望ましい。

図１１に、導電性ボール１５が動区域２６の面積を一層で均一にカバーする基準量を１とした場合、動区域２６に存在しているボール１５の量と、マスク１１の開口１２に対する導電性ボール１５の充填状態の良否との関係を示してある。ボール１５を充填する第２の工程において、導電性ボール１５の量が１／５以下になると、動区域２６の内部の導電性ボール１５の量が少なすぎて、マスク１１の複数の開口１２に導電性ボール１５を良好に充填することが困難となり、生産性が低下する。動区域２６のボールが存在する領域２６ａに対して、ボールが存在しない領域２６ｂが大きくなりすぎるためである。ボールが存在する領域２６ａが小さすぎると、動区域２６の内部でのボールの補給が間に合わなくなり、マスク１１の開口にボール１５を充填する面積が急激に減少し、充填ミスの原因になる。すなわち、ヘッド２０の移動により、ボールが一層で存在する領域２９において消費されると、ボールの補充が間に合わないため、ヘッド２０の移動に伴い領域２９の面積が急激に減少する可能性が生じる。したがって、ヘッド２０の移動に追従し、充填に適した領域２９を適当な面積だけ確保するためには、ボールが存在する領域２６ａに、ある程度、積層した状態でボールを蓄積しておくことが望ましい。

一方、導電性ボール１５の量が１５以上になると、動区域２６の内部の導電性ボール１５の量が多すぎることによる問題が発生する。第１の問題は、動区域２６の内部から導電性ボール１５が逸散し易くなることであり、導電性ボール１５の利用効率が低下する。

第２の問題は、動区域２６の内部に均一に導電性ボール１５が存在しやすくなることである。これは、動区域２６の内部に導電性ボール１５が存在しない領域２６ｂを形成し難くなることである。動区域２６の内部に導電性ボール１５が存在しない領域２６ｂが形成されないと、動区域２６の内部では、導電性ボール１５のほとんどが積層された状態で存在する。このため、限られた面積に大量のボールが存在して相互に干渉し、ボールが詰まり、自由落下によるマスクの開口への充填が阻害される。すなわち、開口への充填に適した、導電性ボール１５が一層の状態で存在する領域２９を形成することが難しくなる。

したがって、充填する第２の工程では、導電性ボール１５の量が、基準量に対して１／４〜１０の範囲となるように補給量を制御することが望ましい。さらに望ましくは、導電性ボール１５の量が、１／４〜３の範囲となるように補給量を制御することが望ましい。他方、導電性ボール１５が動区域２６内に移動中に存在する面積の割合と定義した存在比で記述すると、存在比が１/１０〜２/３の範囲となるように補給量を制御することが望ましい。さらに望ましくは、導電性ボール１５の存在比が、１／５〜２／５の範囲となるように補給量を制御することが望ましい。

回転することにより導電性ボール１５に対して動区域２６の方向に移動する力を加えるヘッド２０は、本発明の最も好ましい実施例の１つである。動区域２６の方向に導電性ボール１５を集める方式として、ヘッドを振動させて、ヘッドの下に付いたスキージによりボール１５を動区域２６の方向に掃き集める方式を挙げることができる。この方式では、振動する方向および数、スキージの形状により、動区域２６は円に限らず、円に外接する多角形になると考えられる。動区域２６の形状が多角形の場合、ヘッドの移動方向によっては、ボール１５を収集する能力に優劣が発生する可能性がある。これに対し、円形の動区域２６は、ヘッド２０の移動方向にボール１５を収集したり保持したりする能力に優劣は生ぜず、ヘッド２０の移動方向を任意に選択できる点で優れている。

また、ヘッド２０をマスク１１に対して垂直な軸を中心に回転させながら動区域２６を螺旋状に移動させ、それにより導電性ボール１５を動区域２６の内部に三日月状に分布させる方法は、導電性ボール１５を動区域２６の内部に不均一に分布させる方法の最も好ましい実施例の１つである。導電性ボール１５を動区域２６の内部に三日月状に分布させるようにすると、マスク１１の開口１２への充填率を高めることができる。しかも、動区域２６がヘッド２０と共にマスク１１上を移動している状態において導電性ボール１５が不均一に分布する動区域２６を、比較的簡単に、形成および維持することができる。

充填装置５のヘッド２０のスキージ２２は、充填用の動区域２６の周囲からボール１５を集めると共に、マスク１１の充填用の動区域２６に対応する部分を押さえて、平坦にする機能（能力）を備えている。スキージ２２は、図３に示すように、ヘッド２０の内円２６と外円２７の間、すなわち、円形の動区域２６の周囲２８に配置されている。スキージ２２の先端は、マスク１１の表面１１ａに残存するボール１５を残さないように集めるために、マスク１１の表面１１ａに適当な圧力により押し付けられる。したがって、マスク１１の動区域２６の部分に反りあるいは歪みがあっても、動区域２６の周囲２８の部分をスキージ２２により押さえることにより、平坦（水平）な状態に矯正できる。

また、動区域からボールが逃げないように動区域を囲い、動区域からボールが散逸しない（逸脱して逃げない）ように囲う努力が新たな問題を発生させないようにすることが好ましい。例えば、スキージなどのボールを移動する手段がマスクの表面に完全に密着するように圧力をかけ過ぎると、開口に充填されたボールが飛び出したり、マスクが損傷したりする可能性がある。

そこで、スキージ２２を構成する部材２３は、半導体デバイスの接続端子として機能する導電性ボールなどの微小粒子を適度な力で押して、動区域２６に向かって掃き集めることができるものであることが好ましい。さらに、このスウィープ部材２３は、いったん開口１２に挿入されたボール１５を掻き出さない程度の弾性を備えたものであることが望ましい。

適当なスウィープ部材２３の１つは、図３、図４、図８および図９に示した、スキージ２２の長手方向に延びた樹脂製あるいは金属製のワイヤーである。マスク１１の表面に沿って長手方向に延びたワイヤーの両端をＵ字型に曲げてスキージサポート２１に取り付けた構成の部材２３は、Ｕ字型のワイヤーの腹の部分がマスク１１に接する。したがって、Ｕ字型のワイヤー２３は、マスク１１に損傷を与えず、適当な弾性を持った状態でマスク１１に押し付けられ、マスク１１の孔に入っているボール１５をワイヤーの先端で掻き出し難い。さらに、Ｕ字型のワイヤー２３は、スキージ２２の進行方向に対して直交する方向に延びているので、ボール１５を押し払う部材として適している。１つのスキージ２２に多重あるいは多層に配置されたワイヤー２３は、マスク１１に柔軟に接しながら、確実にボール１５を掃き集めるのに適している。また、ヘッド２０の円形の動区域２６の回りに配置された複数のスキージ２２は、動区域２６の周囲から満遍なくボール１５を集め、さらに、マスク１１の、動区域２６の周囲の部分を確実に押さえるために適している。

図１２に、ヘッド２０および円形の動区域２６の軌跡の異なる例を示してある。この例では、動区域２６を、ジグザグ、サインカーブまたは蛇行するような軌跡７２を描くように移動し、ヘッド２０を動かして、動区域２６によりマスク１１の表面１１ａの全体をカバーしている。この軌跡７２を採用する場合も、上記と同様に、隣接する部分の重複率が適切になるような軌跡７２をプログラム５９ｐにセットすることが望ましい。

図１３（ａ）は、円形の基板１０の代わりに、長方形の電子回路基板８０に、全体が長方形の充填領域を備えたマスク８１をセットして、導電性ボール１５を配置する例を示してある。この例では、ヘッド２０を動かすことにより、動区域２６を、ジグザグ、サインカーブまたは蛇行するような軌跡７３を描くように移動し、動区域２６によりマスク８１の表面８１ａの全体をカバーしている。図１３（ｂ）に示すように、軌跡７３を採用する場合も、軌跡７３の隣り合う部分Ｔ（ｎ）およびＴ（ｎ＋１）を５０％程度重複することが望ましい。ジグザグな軌跡７３は、方形の充填領域をカバーするのに適した軌跡の１つである。また、方形の外周に沿ったルートを描く螺旋状の軌跡も、方形の充填領域をカバーするのに適した軌跡の１つである。

図１４から図１９に、ヘッドの異なる例を示してある。図１４（ａ）は、異なる例のヘッド２０ａを底面の側から見た状態を示し、図１４（ｂ）は、ヘッド２０ａをスキージサポート２１の上方から透かして見た状態で示してある。このヘッド２０ａは、スキージサポート２１と、その下面２１ａからマスク１１の表面１１ａに向かって突き出た１２本のスキージ２２ａとを備えている。このヘッド２０ａは、上述したヘッド２０に代わり充填装置５のヘッド移動装置５０に取り付けて使用できる。各々のスキージ２２ａは、極細のワイヤーが複数本束ねられたものであり、その両端２２ｒをかしめることにより１本のスキージとして機能するように構成されている。スキージ２２ａは、全体がＵ字状に成形され、サポート２１の裏面２１ａの内円２６の回りに、内円２６の接線方向にほぼ延びるように取り付けられている。

図１５（ａ）は、さらに異なる例のヘッド２０ｂを底面の側から見た状態を示し、図１５（ｂ）は、ヘッド２０ｂをスキージサポート２１の上方から透かして見た状態で示してある。このヘッド２０ｂは、スキージサポート２１と、その下面２１ａからマスク１１の表面１１ａに向かって突き出た８セットのスキージ２２ｂを備えている。このヘッド２０ｂは、上述したヘッド２０に代わり充填装置５のヘッド移動装置５０に取り付けて使用できる。これらのスキージ２２ｂは、ポリイミドの薄板をＵ字状にして複数枚を積層したものである。このタイプのスキージとしては、樹脂製あるいは金属製の薄板を単体で用いるもの、あるいは積層して用いるものが挙げられる。マスク１１との間で発生する可能性のある静電気の影響を避けるためには、スキージの好適な例は金属製のものである。また、プラスチック製のスキージは、表面に銅箔などの導電性の薄膜によりコーティングしたり、炭素を含有することにより導電性を与えることが望ましい。マスク１１に接するスキージの先端の部分は、エッジであっても良い。スキージが薄膜により構成される場合は、その薄膜を折り返すことにより、折り返した面がマスク１１に接するようにしても良い。

図１６（ａ）は、さらに異なる例のヘッド２０ｃを底面の側から見た状態を示し、図１６（ｂ）は、ヘッド２０ｃをスキージサポート２１の上方から透かして見た状態で示してある。このヘッド２０ｃは、スキージサポート２１と、その下面２１ａからマスク１１の表面１１ａに向かって突き出た６セットのスキージ２２ｃを備えている。これらのスキージ２２ｃは、ほぼ直方体状に形成された導電性のスポンジにより構成されている。このヘッド２０ｃも、上述したヘッド２０に代わり充填装置５のヘッド移動装置５０に取り付けて使用できる。

スキージの他の例としては、樹脂製あるいは金属製の極細のワイヤーをブラシの毛のようにスキージサポート２１に取り付けたものを挙げることができる。また、スキージのセット数は、上記に限定されるものではない。さらに、内円２６の接線方向にスキージをセットすることは、本発明の好ましい形態の１つであるが、本発明は、その形態に限定されるものではない。スキージの形態は、ヘッド２０を回転することより内円２６の方向にボール１５を掃き集めるスウィーパとして機能するものであれば良い。例えば、内円２６の接線方向に対して、斜めに配置しても良く、スキージ自体を湾曲させたり、螺旋状にしたりすることが可能である。

図１７は、さらに異なるヘッド２０ｄの構成を示している。このヘッド２０ｄは、ボール１５を掃き集めるための気体９１をマスク１１の表面１１ａに吹き付けるエアーノズル９２を備えている。このヘッド２０ｄも、上述したヘッド２０に代わり充填装置５のヘッド移動装置５０に取り付けて使用できる。エアーノズル９２は、スキージの代わりにサポート２１に取り付けられるものである。エアーノズル９２の一例は、上記の図面に示した各タイプのスキージと同様に、サポート２１の裏面２１ａの内円２６の接線方向に外円２７まで延びた直線状のノズル端９３を備えたものである。このノズル端９３には、焼結金属製などのフィルタ９４が取り付けられており、フィルタ９４を通してエアー９１がマスク１１の表面１１ａに向かって斜め下方に噴出する。したがって、吹き出されたエアー９１は、マスク１１の表面１１ａを内円２６の方向に向かって流れる。このため、エアー９１により導電性ボール１５を内円の動区域２６の方向に吹き払いながら、ヘッド２０を移動できる。さらに、マスクの表面１１ａに吹き付けられるエアー９１の圧力により、ボールを充填する動区域２６の周囲のマスクの表面１１ａを押さえ、マスク１１の歪みや反りを矯正できる。

エアーノズル９２のエアー吐出部は、フィルタ９４に代わり、スリットや微小な円柱状の孔の集合により構成しても良い。また、エアー９１に代わり、窒素ガスあるいはアルゴンガスといった不活性ガス、あるいは導電性ボールの帯電性を制御するためにイオン化した気体を用いることも有効である。

エアーなどの気体を吹き出すタイプのヘッド２０ｄにおいては、エアーの圧力によりボール１５を駆動できる。したがって、充填装置５は、ヘッド移動装置５０によりヘッド２０ｄを任意の方向に動かすだけで、ヘッド２０ｄを回転させなくても、充填するための動区域２６にボール１５を集めることができる。ヘッド２０ｄを回転して内円の動区域２６にボール１５を集合させることもできる。このため、気体を吹き出すタイプのヘッド２０ｄのみを用いる充填装置５は、ヘッドを回転駆動するモータ５６を省くことが可能であり、ヘッド移動装置５０の構成を簡易にできる。

図１８に、エアーを吹出すタイプのヘッドの異なる例を示してある。このヘッド２０ｅは、スキージサポート２１と、その下面２１ａからマスク１１の表面１１ａに向かって突き出たスキージタイプのノズル９２を備えている。ノズル９２は、例えば、ゴムなどの弾性のある部材により形成されており、マスク１１の表面１１ａに接してマスクを押さえる。ノズル９２は内側に向いた吹出し口９３を備えており、内側に向かってエアー９１を放出することにより導電性ボール１５を動区域２６に集める。このヘッド２０ｅも、上述したヘッド２０に代わり充填装置５のヘッド移動装置５０に取り付けて使用できる。また、吹き出すエアー９１により導電性ボール１５を移動できるので、ヘッドを回転させずに導電性ボール１５をはき集めることができるタイプでもある。

なお、図１８に示した基板１０は、その表面に導電性の層１０ａを備えており、さらに、導電性の層１０ａが保護膜１３でカバーされ、導電性ボール１５が装着される部分のレジスト１３がエッチングなどにより除去されている。したがって、マスク１１はレジスト層１３と密着するように基板１０の上にセットできる。そして、マスク１１の開口１２に充填された導電性ボール１５が基板の表面１０ａに電気的なコンタクトをもった状態で装着され、個々の導電性ボール１５が接続端子として機能する。

図１９に、ヘッドのさらに異なる例をスキージサポートの上方から透かして見た状態を示してある。このヘッド２０ｆは、方形のスキージサポート２１と、そのスキージサポート２１の裏面２１ａからマスク１１の表面１１ａに向かって延びた平面視がＶ字状の２セットのスキージ２２ｆとを備えている。Ｖ字状の２セットのスキージ２２ｆは、その間に方形の動区域２６が形成されるように向かい合ってサポート２１に取り付けられている。したがって、ヘッド２０ｆを図面の左右方向に振動することにより導電性ボール１５はスキージ２２ｆの間の動区域２６に集められ、その動区域２６の中で自重により導電性ボール１５はマスク１１の開口１２に充填される。また、動区域２６の周囲のマスク１１の表面１１ａはスキージ２２ｆにより押さえられるので、マスク１１の歪みなどは矯正される。ヘッド２０ｆは、振動しながら導電性ボール１５を動区域２６の中に保持したまま、ＸＹ平面の任意の方向に移動できる。そして、スキージ２２ｆを振動させながら導電性ボール１５を集める動作を行うので、動区域２６の内部における導電性ボール１５の分布の偏りを減らすことができる。

なお、本発明において、導電性ボール１５が集められる動区域２６の形状は、ヘッドが回転あるいは振動（揺動）し、さらに、ヘッドが任意の方向に進むので、ほとんどの場合は、明確な境界をもった幾何学的な図形にならない。しかしながら、ヘッドが回転しながらボールを集めるタイプは、動区域２６は略円形ということができる。また、ヘッドが振動しながらボールを集めるタイプは、動区域２６は、スキージの形状に依存した円形または円形に外接する多角形ということができる。本発明の多角形は、正方形に限定されず、三角形、さらには、５角形以上の多角形を含む。

また、上述したヘッドは本発明に含まれる幾つかの例であり、本発明は上記に限定されるものではない。本発明のヘッドは、２次元的な、限られた広がりを備えた動区域に充填用の導電性ボールを集団で保持しながら、マスクの表面を移動するものであり、その好適な１つの形態は、充填用の動区域の周辺から導電性を掃き集められるものである。そして、ヘッドを、その軌跡の一部が重複するようにマスクの表面を移動することにより、マスク全体の開口に効率よく導電性ボールを充填でき、充填ミスを減らすことができる。

本例のボールマウンタ１は、マスクハンドラー３と充填装置５とを搭載しているが、さらに、基板１０を搬送してテーブル２にセットする装置、基板１０の表面にフラックスを塗布する装置などを共に搭載することも可能である。これらの装置により、マスクをセットする工程およびボールを充填する工程に先立ち、基板をテーブルにセットする工程、フラックスを塗布する工程などを行うことも可能である。そして、これらの工程をシリーズで行なうシステムを提供することも可能である。

なお、本実施形態では、ヘッドの回転方向（ヘッドの自転方向）を、上方から見て反時計回りの方向にしているが、ヘッドの回転方向は、上方から見て時計回りの方向であってもよい。ヘッドの回転方向を上方から見て時計回りの方向とする場合、スキージやスウィープ部材は、本実施形態の配置に対して鏡像反転させた配置として、ヘッドに設けるとよい。また、本実施形態では、動区域の軌跡が螺旋状の場合、その軌跡の方向を、上方から見て時計回りの方向にしているが、動区域の螺旋状の軌跡の方向は、上方から見て反時計回りの方向であってもよい。

本実施形態の目的の１つは、導電性ボールを、マスクの複数の開口にミスが少なくより確実に充填でき、基板の所定の位置に導電性ボールをミスが少なくより確実に配置あるいは搭載できる導電性ボールの搭載方法、装置、装置の制御方法、および制御プログラムを提供することである。本実施形態の他の目的の１つは、導電性ボールのロス率を低減し、経済的に導電性ボールを基板の所定の位置に搭載できる導電性ボールの搭載方法、装置、装置の制御方法、および制御プログラムを提供することである。しかしながら、当業者にとって自明な部分的な変更やバリエーションは、本発明の範囲内であると考えられる。

上記に開示した導電性ボールの搭載方法は、基板に導電性ボールを配置するための複数の開口を備えたマスクを、前記基板にセットする第１の工程と、前記複数の開口に前記導電性ボールを充填する第２の工程とを有し、前記第２の工程は、前記マスクの表面に沿って移動するヘッドにより、前記導電性ボールの集団を前記マスクの表面の一部に保持するための動区域であって、前記ヘッドと共に前記マスク上を移動し、当該動区域の内部では、前記導電性ボールが不均一に分布する動区域を形成し、前記動区域の軌跡の一部が重複するように前記動区域を移動させることを含む。

この搭載方法において、前記第２の工程は、前記動区域に、前記導電性ボールが存在する領域と、前記導電性ボールが存在しない領域とが形成されるように、前記導電性ボールを補充することを含むことが望ましい。また、前記第２の工程は、前記導電性ボールの前記動区域に存在する量が、前記動区域の面積を一層で均一にカバーする基準量に対して１／４倍〜１０倍となるように、前記導電性ボールを補充することを含むことが望ましい。さらに、前記第２の工程は、前記ヘッドを前記マスクに対して垂直な軸を中心に回転させながら前記動区域を螺旋状に移動することを含み、それにより前記導電性ボールは前記動区域の内部に三日月状に分布する、ことが望ましい。また、前記第２の工程は、前記導電性ボールが逸散しないように、前記ヘッドにより、前記動区域の周辺から前記動区域に向けて前記導電性ボールを集めることを含むことが望ましい。さらに、前記第２の工程は、前記ヘッドを、前記マスクに対して垂直な軸を中心に回転させながら、前記垂直な軸を前記マスクの表面に沿って移動させ、前記ヘッドの回転により、前記導電性ボールが逸散しないように前記導電性ボールを前記動区域に集めることを含むことが望ましい。

上記に開示した、基板上にセットされ、複数の開口を備えたマスクの表面の一部に導電性ボールを保持可能なヘッドと、そのヘッドを前記マスクの表面に沿って移動させる移動手段と、前記ヘッドと前記マスクの表面との間に前記導電性ボールを補給可能な補給手段とを有する装置の制御方法は、前記複数の開口に前記導電性ボールを充填する充填工程を有し、前記充填工程は、前記ヘッドにより、このヘッドと共に前記マスク上を前記導電性ボールの集団が移動する動区域を形成し、前記移動手段により、前記動区域の軌跡の一部が重複するように前記動区域を移動させ、前記補給手段により、前記動区域に前記導電性ボールが存在する領域と、前記導電性ボールが存在しない領域とが形成されるように、前記導電性ボールを補充することを含む。

前記充填工程は、前記移動手段により、前記ヘッドを前記マスクに対して垂直な軸を中心に回転させながら前記動区域を螺旋状に移動することを含み、それにより前記導電性ボールを前記動区域の内部に三日月状に分布させることが望ましい。また、前記充填工程は、前記移動手段により、前記マスクに対して垂直な軸を中心に回転させながら、前記垂直な軸を前記マスクの表面に沿って移動させ、前記ヘッドの回転により、前記導電性ボールが逸散しないように前記導電性ボールを前記動区域に集めることを含むことが望ましい。

また、上記に開示した、基板上にセットされ、複数の開口を備えたマスクの表面の一部に導電性ボールを保持可能なヘッドと、そのヘッドを前記マスクの表面に沿って移動させる移動手段と、前記ヘッドと前記マスクの表面との間に前記導電性ボールを補給可能な補給手段とを有する装置を制御するためのプログラムは、前記ヘッドにより、このヘッドと共に前記マスク上を前記導電性ボールの集団が移動する動区域を形成し、前記移動手段により、前記動区域の軌跡の一部が重複するように前記動区域を移動させ、前記補給手段により、前記動区域に前記導電性ボールが存在する領域と前記導電性ボールが存在しない領域とが形成されるように前記導電性ボールを補充させながら、前記複数の開口に前記導電性ボールを充填することを含む制御を行う。

また、上記に開示した装置は、導電性ボールを基板に配置するための複数の開口を備えたマスクを前記基板にセットした状態で、前記複数の開口に前記導電性ボールを充填する装置であって、前記マスクの表面の一部に前記導電性ボールの集団を保持するためのヘッドと、前記ヘッドを前記マスクの表面に沿って移動させる移動手段と、前記ヘッドと前記マスクの表面との間に前記導電性ボールを補給可能な補給手段と、当該装置を制御する制御手段とを有し、この制御手段は、前記ヘッドにより、このヘッドと共に前記マスク上を前記導電性ボールの集団が移動する動区域を形成し、前記移動手段により、前記動区域の軌跡の一部が重複するように前記動区域を移動させ、前記補給手段により、前記動区域に前記導電性ボールが存在する領域と、前記導電性ボールが存在しない領域とが形成されるように、前記導電性ボールを補充することを含む制御を行う。

前記移動手段は、前記ヘッドを、前記マスクの表面に沿って、螺旋を描く方向に、前記動区域の軌跡の一部が重複するように移動可能であることが望ましい。また、前記ヘッドは、前記導電性ボールが逸散しないように、前記動区域の周辺から前記動区域に向けて前記導電性ボールを前記動区域に集める手段を備えていることが望ましい。さらに、前記ヘッド移動手段は、前記ヘッドを前記マスクに対して垂直な軸を中心に回転させる手段と、前記垂直な軸を前記マスクの表面に沿って移動させる手段とを備えており、前記導電性ボールを集める手段は、当該ヘッドの回転により、当該ヘッドの回転中心を中心とする円形の前記動区域の方向に前記導電性ボールを移動させることが望ましい。また、上記に記載の装置と、前記基板に前記マスクをセットする装置とを有する搭載装置であってもよい。

上記に開示したように、マスクの表面全体を一方向に、または往復動するスキージにより導電性ボールを１つの方向あるいは往復する方向に移動させる代わりに、マスクの表面の一部の動区域にヘッドの回転などによりボールを集め、動区域に導電性ボールの集団を保持し、動区域を、その軌跡の一部が重複するように、ヘッドと共にマスク上を移動させる。さらに、動区域の内部においては、導電性ボールの分布が不均一になるようにする。そして、動区域の移動により、マスクの表面全体をカバーし、マスクの開口に導電性ボールを充填する。

上記に開示した１つの態様は、基板に導電性ボールを配置するための複数の開口を備えたマスクを、その基板にセットする第１の工程と、複数の開口に導電性ボールを充填する第２の工程とを有する導電性ボールの搭載方法である。この第２の工程は、以下を含む。
（ａ１）マスクの表面に沿って移動するヘッドにより、導電性ボールの集団をマスクの表面の一部に保持するための動区域であって、ヘッドと共にマスク上を移動し、動区域の内部では、導電性ボールが不均一に分布する動区域を形成すること。
（ａ２）動区域の軌跡の一部が重複するように動区域を移動させること。

第２の工程は、以下を含むことが望ましい。
（ａ３）動区域に、導電性ボールが存在する領域と、導電性ボールが存在しない領域とが形成されるように、導電性ボールを補充すること。

また、上記に開示した他の１つの態様は、基板上にセットされ、複数の開口を備えたマスクの表面の一部に導電性ボールを保持可能なヘッドと、そのヘッドをマスクの表面に沿って移動させる移動手段と、ヘッドとマスクの表面との間に導電性ボールを補給可能な補給手段とを有する装置の制御方法である。この制御方法は、複数の開口に導電性ボールを充填する充填工程を有し、充填工程は、以下を含む。
（ｂ１）ヘッドにより、このヘッドと共にマスク上を導電性ボールの集団が移動する動区域を形成する。
（ｂ２）移動手段により、動区域の軌跡の一部が重複するように動区域を移動させる。
（ｂ３）補給手段により、動区域に導電性ボールが存在する領域と、導電性ボールが存在しない領域とが形成されるように、導電性ボールを補充する。

上記に開示したさらに他の態様は、基板上にセットされ、複数の開口を備えたマスクの表面の一部に導電性ボールを保持可能なヘッドと、そのヘッドをマスクの表面に沿って移動させる移動手段と、ヘッドとマスクの表面との間に導電性ボールを補給可能な補給手段とを有する装置を制御するプログラムである。このプログラムは、ヘッドにより、このヘッドと共にマスク上を導電性ボールの集団が移動する動区域を形成し、移動手段により、動区域の軌跡の一部が重複するように動区域を移動させ、補給手段により、動区域に導電性ボールが存在する領域と導電性ボールが存在しない領域とが形成されるように導電性ボールを補充させながら、複数の開口に導電性ボールを充填することを含む制御を行うためのものである。

上記に開示したさらに他の態様は、導電性ボールを基板に配置するための複数の開口を備えたマスクを基板にセットした状態で、複数の開口に導電性ボールを充填する装置である。この装置は、マスクの表面の一部に導電性ボールの集団を保持するためのヘッドと、ヘッドをマスクの表面に沿って移動させる移動手段と、ヘッドとマスクの表面との間に導電性ボールを補給可能な補給手段と、当該装置を制御する制御手段とを有する。この制御手段は、上記（ｂ１）、（ｂ２）および（ｂ３）を含む制御を行う。本発明のさらに他の態様は、この充填する装置と、基板にマスクをセットする装置とを有する搭載装置である。

ヘッドおよび動区域をマスクの表面に沿って移動させることは、マスクがセットされた基板とヘッドおよび動区域との相対的な位置を変化させることを意味し、ヘッドおよび基板の何れか一方、あるいは両方を移動させることを含む。

基板とは、導電性ボールが搭載される対象を指し、半導体ウェハ、回路基板、転写用基板およびその他のワークピースを含むものである。動区域の軌跡とは、動区域がマスクの表面を移動したことにより通過した部分あるいは経路を指す。また、動区域が通過することにより、マスクの軌跡に当たる部分の開口には導電性ボールが充填されるが、マスクの表面などに通過したことを示す明瞭な跡が残ることを要するものではない。

上記では、マスク上の導電性ボールを、単純に移動させるのではなく、限られた動区域に保持した状態で移動させる。これにより、マスクの表面に導電性ボールが自由に広がることが抑制され、導電性ボールの集団が存在する範囲（導電性ボールが逸散しない範囲）である動区域を設定する。

動区域は、その内部に導電性ボールが不均一に分布した状態で、その軌跡の一部が重複するように、ヘッドと共にマスク上を移動する。動区域は、導電性ボールが存在する領域と導電性ボールが存在しない領域とを有し、導電性ボールが存在する領域の少なくとも一部、例えば、導電性ボールが存在しない領域との境界部分には、導電性ボールが一層で存在する、または、多層ではない状態、あるいは積層されていない状態で存在する。導電性ボールが一層となる部分がマスクの開口を通過するとき、導電性ボールはマスクの開口に最も効率良く充填される。充填により導電性ボールが消費された部分には、導電性ボールが多層あるいは積層された状態で存在する部分からボールが補充されやすい。

したがって、比較的少数の導電性ボールにより、動区域の内部に、補給あるいは補充に適した導電性ボールの密度の比較的高い領域と、振込みあるいは充填に適した導電性ボールが一層となる部分を形成できる。このため、その動区域が通過する部分のマスクの開口に対し効率良く導電性ボールを充填でき、充填ミスの発生率を低くできる。そして、動区域を、その軌跡の一部が重複するように動かすことで、導電性ボールが不均一に分布する動区域の中の導電性ボールが存在する領域によりマスクの表面全体を漏れなくカバーし、導電性ボールの充填ミスの発生率を小さくできる。

また、上記では、マスク上の限られた動区域に保持すべき導電性ボールの数は、マスク全体の開口に対し一様に充填するために要求される微小粒子の量に比較すれば非常に少なくて良い。したがって、マスク上を移動することにより損傷する可能性のある導電性ボールの量は少なくなり、充填する際にロスになる導電性ボールの量は少なくなる。

さらに、マスクの上を往復動するだけのスキージであると、同じ領域を完全に重複してスキージが動くので、最初のスキージの通過を除くと、その後のスキージの動きによっては充填ミスの開口にボールが充填されるだけである。したがって、往復動の場合は、最初の一回または数回を除き、スキージによりボールを繰り返し移動して充填ミスを減らそうとすると、ボールの損傷だけが進み、この点でもボールのロスが大量に発生しやすい。

動区域を、その軌跡の一部が重複するように動かすことで、動区域の移動により、新たに充填される開口が表れる。このため、例えばヘッドとマスクの表面との間に導電性ボールを補給可能な補給手段（動区域に導電性ボールを供給する手段）を設けることが望ましい。移動する動区域に、導電性ボールが存在する領域と、導電性ボールが存在しない領域とを有するように補給手段により導電性ボールを適量補充することにより、動区域に充填に適した状態に導電性ボールが保持された領域を継続して形成できる。マスクの開口に対し効率良く導電性ボールを充填するためには、導電性ボールが動区域に存在する量が、この動区域の面積を一層で均一にカバーする基準量に対して１／４倍〜１０倍となるように制御することが望ましい。導電性ボールが動区域に存在する量が、基準量に対して１／４倍〜３倍となるように制御することがさらに好ましい。

動区域あるいはヘッドの軌跡を一部重複させて、マスクの表面全体をカバーするためには、動区域は、ジグザグ状に、またはサインカーブを描くように移動させることができる。動区域は、螺旋状または渦巻き状に移動することが好ましい。ヘッドをマスクに対して垂直な軸を中心に回転させながら動区域を螺旋状に移動し、それにより導電性ボールが動区域の内部に三日月状に分布するようにすると、マスクの開口への充填率を高めることができ、しかも、動区域がヘッドと共にマスク上を移動している状態において導電性ボールが不均一に分布する動区域を、比較的簡単に、形成および維持することができる。

動区域の移動方向に関わらず、導電性ボールが逸散しないように、ヘッドによって動区域の周辺から動区域に向けて導電性ボールを集めやすい動区域の形状は、円または円に外接する多角形である。例えば、動区域に向かって周囲の導電性ボールを掃き集めるようにヘッドを振動させることができる。また、ボールを充填するための動区域に向かってヘッドからエアーなどの気体を吹き出すことにより、導電性ボールを掃き集めることができる。導電性ボールが逸散しないように導電性ボールを集めるための好ましい方法の１つは、ヘッドを回転させることにより、ヘッドの中心の動区域に向かって導電性ボールを動かして導電性ボールを集めることである。ヘッドを、マスクに対して垂直な軸を中心に回転させながら、垂直な軸をマスクの表面に沿って移動させ、ヘッドの回転により導電性ボールが逸散しないように導電性ボールを動区域に集めることにより、導電性ボールの集団を動区域に良好に保持しながら移動させることができる。

ボールマウンタの概略構成を示す平面図。 ヘッドの概略構成を示す側面図。 ヘッドを上方から透かして示す図。 ヘッドを静止している状態で断面により示す図。 （ａ）は、ヘッドにより構成される円形の動区域の軌跡の一例を示す図、（ｂ）は軌跡の一部を拡大して示す図、（ｃ）は軌跡の一部をさらに拡大して示す図。 （ａ）〜（ｅ）は、図５（ｂ）中の位置Ａ〜位置Ｅにおける導電性ボールの集団の状態を模式的に示す図。 図６と比べて動区域の内部の導電性ボールの量を増やした場合における導電性ボールの集団の状態を模式的に示す図。 ヘッドを動作している状態で断面により示す図。 スキージを拡大して示す図。 充填装置の制御方法を示すフローチャート。 基準量に対するボールの量と導電性ボールの充填状態との関係を示す図。 ヘッドにより構成される円形の動区域の軌跡の他の例を示す図。 （ａ）は、ヘッドにより構成される円形の動区域の軌跡の他の例を示す図であり、（ｂ）は軌跡の一部を拡大して示す図。 （ａ）は、ヘッドの異なる例を示す斜視図であり、（ｂ）は、ヘッドの構成を上方から透かして示す図。 （ａ）は、ヘッドのさらに異なる例を示す斜視図であり、（ｂ）は、ヘッドの構成を上方から透かして示す図。 （ａ）は、ヘッドのさらに異なる例を示す斜視図であり、（ｂ）は、ヘッドの構成を上方から透かして示す図。 ヘッドのさらに異なる例を部分的に拡大した断面図により示す図。 ヘッドのさらに異なる例を部分的に拡大した断面図により示す図。 ヘッドのさらに異なる例の構成を上方から透かして示す図。

１ ボールマウンタ（搭載装置）、 ５ 充填装置
１０、８０ 基板、 １１、８１ マスク
１１ａ、８１ａ マスクの表面、 １２ マスクの開口
１５ 導電性ボール、 １６ 導電性ボールの集団
２０、２０ａ〜２０ｆ ヘッド
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｆ スキージ（導電性ボールを動区域に集める手段）
２３ スウィープ部材（導電性ボールを動区域に集める手段）
２６ 動区域
２６ａ 導電性ボールが存在する領域、 ２６ｂ 導電性ボールが存在しない領域
５０ ヘッド移動装置（移動手段）
５９ コントローラ（制御手段）、 ５９ｐ プログラム
６０ ボール補給装置（補給手段）
７１、７２、７３ 軌跡
９２ エアーノズル（導電性ボールを動区域に集める手段）

Claims (3)

1. 導電性ボールを基板に配置するための複数の開口を備えたマスクを前記基板にセットした状態で、前記複数の開口に前記導電性ボールを充填する装置であって、
   前記マスクの表面の一部に前記導電性ボールの集団を保持する部材を含むヘッドであって、前記ヘッドの下側の前記マスクの一部に前記導電性ボールが保持される動区域を形成するヘッドと、
   前記ヘッドを前記マスクの表面に沿って移動させる移動手段と、
   前記動区域内へ前記導電性ボールを補給する手段と、
   前記動区域において前記マスク上に前記導電性ボールが存在する領域および前記導電性ボールが存在しない領域の有無を検出する光学センサーと、
   前記光学センサーが、前記導電性ボールが存在する領域および前記導電性ボールが存在しない領域を検出するように前記導電性ボールを補給する手段を制御し、前記動区域内の前記マスク上に、前記導電性ボールが存在する領域と前記導電性ボールが存在しない領域との境界部分で前記導電性ボールが前記マスク上に一層となる部分を形成するコントローラとを有する装置。
2. 請求項１において、さらに、
   前記コントローラは、前記光学センサーにより、前記動区域内において前記導電性ボールが存在する領域の面積および前記導電性ボールが存在しない領域の面積の少なくとも一方の増減を検知する手段を有する装置。
3. 請求項１または２において、さらに、
   前記コントローラは、前記導電性ボールを補給する手段により、前記動区域内における前記導電性ボールが存在する領域の面積の割合が１／１０〜２／３の範囲となるように前記導電性ボールを補給する装置。
   
   

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