JP7084981B2 - フラックスフリーはんだボール実装機構 - Google Patents

Description

[0001] 本発明は、はんだボールが取り付けられたウェハ、基板、ＰＣＢ又はパネル基板チップの製造のための機構に関し、より具体的には、はんだボール実装機構におけるフラックスフリー結合剤によるウェハの載置加工のための装置に関する。

[0002] はんだボール実装機は、通常、ウェハがロボットアームによってピックアップされてフラックスステーションに配置されるプロセスフローを有する。マスクは、そのステーションの整列マークを介して、ウェハ上のバンプパッドに対し整列させられる。フラックスは、テンプレート又はマスクを通して適用される。フラックスは不透明であるため、ボール実装整列マークは、フラックスがボール実装整列マークをコーティングすることを防止するために、フラックス整列テンプレートで覆われている。マスクは、はんだボール実装ステーションにおいて、光学ビジョン機構を使用して、ボール実装整列マークによって、ウェハに対し整列させられる。ウェハは、検査後、加工チャンバの中に配置される。汚染は一般的である。このように、フラックスは不透明であるため、テンプレート及びマスクのセットがいくつか必要とされる。多数の整列メカニズムのセットが必要である。

[0003] 本発明の目的は、従来技術の汚染、材料の無駄、及び過度な時間という不利点を克服することである。

[0004] 本発明のさらなる目的は、従来技術のシステムの加工ステップ及び費用を削減することである。

[0005] 本発明のさらなる目的は、はんだボールを確実に適切な場所に堆積するために光学系を利用し、また、あらゆるはんだボールの誤配置を識別して突き止めるために光学系を利用するウェハ加工チャンバを提供することである。

[0006] 本発明のさらなる目的は、ウェハ配置時にあらゆる結合剤の過供給を取り除いて回収するための掃引メカニズムを提供することである。

[0007] 本発明は、エレクトロニクス産業での使用のために、ウェハへの複数のはんだボールのフラックスフリーな取り付けを可能にするように加工するように構成された初期アセンブリモジュールを含み、プロセスは、ウェハ上にフラックスフリー結合剤を堆積させることと、ウェハ上のフラックスフリー結合剤の上に圧縮乾燥空気を吹き付けて、ウェハ上のフラックスフリー結合剤の深さを制御することと、ウェハ上に配置されたステンシルの孔のアレイを通して、はんだボールのアレイを、ウェハ上のフラックスフリー結合剤の上に堆積させることと、ボール実装ヘッドの底側に取り付けられたループ状ワイヤのアレイを、ウェハの上方のステンシル上のはんだボールのアレイの中に降下させることと、ウェハの上方のステンシル上のはんだボールのアレイ内のループ状ワイヤのアレイを振動させることと、ウェハの上方のステンシル上のはんだボールのアレイ全体に圧縮乾燥空気を吹き付けて、ステンシル上のいかなる外れた過剰なはんだボールも変位させることと、吹き付けられた圧縮乾燥空気によって変位されたいかなる外れた過剰なはんだボールも吸引及び収集することと、を含む。本プロセスは、ボール実装ヘッドからステンシル上に多数のはんだボールを落下させることによって、ウェハの上方のステンシル上にはんだボールのアレイを堆積させることと、ウェハをスリーゾーン真空チャック上に支持して、その上にウェハをしっかりと保持することと、垂直変位可能な支持ピンのアレイを、スリーゾーン真空チャック内部に配置して、空気圧ピン制御プロセスによって制御された様態で、ウェハを、真空チャックの上に降下させることを可能にすることと、を含む。初期アセンブリモジュールの後に、例えば、さらなるウェハ／パッド処理モジュールでの熱処理のようなさらなる処理が続く。

[0008] 本発明はさらに、ウェハ処理加工収容チャンバ内でのウェハ上の複数のはんだボールのフラックスフリー加工のためのシステムを備え、システムは、ウェハが加工収容チャンバ内で加工されているとき、複数のはんだボールを包含するウェハの支持を維持するための屈伸可能な真空支持チャックと、加工収容チャンバ内部のウェハの上方に、結合剤堆積関係に配置された、屈伸可能なフラックスフリー結合剤アプリケータと、ウェハ上に流体カーテンを適用するために、加工収容チャンバ内部のウェハに適用されたあらゆるフラックスフリー結合剤に対して結合剤適用最小化処理関係に配置された、屈伸可能な流体カーテンディスペンサであって、流体カーテンが、圧縮空気である、流体カーテンディスペンサと、を備える。本明細書で使用される用語「ウェハ（ｗａｆｅｒ）」は、エレクトロニクス産業で使用されるように、ウェハチップ、基板、又はパネルとも呼ばれる場合がある。

[0009] 屈伸可能な流体カーテンディスペンサは、好ましくは、処理されているウェハの上に移動可能に配置された空気噴出ノズルのアレイを備える。空気噴出ノズル及び屈伸可能なフラックスフリー結合剤アプリケータの両方が、好ましくは、共通のガントリフレーム機構上に支持される。本システムは、ステンシルの孔を通した移送を介して、ウェハ上に適切に配置されていないいかなる過剰はんだボールも収集するように、処理中のウェハに隣接して配置された、真空を利用する過剰はんだボール収集容器を含む。本システムはさらに、過剰はんだボール収集容器による、過剰はんだボールの除去に続いて、はんだボール載置精度のために処理されたウェハを検査及び分析するための、加工収容チャンバ又はモジュール内に挿入可能なカメラ機構を含む。

[0010] 本発明はさらに、ウェハ加工チャンバ内での加工中の、ウェハへのはんだボール取り付けのための光学制御システムを備え、システムは、ウェハ加工チャンバの上端でのオーバヘッドセンサの配置を支持するオーバヘッドフレーム部材と、下方に屈伸可能なはんだボール及びウェハ真空支持チャックと、チャックと、オーバヘッドセンサの配置との間に配置された屈伸可能なステンシルマスクであって、オーバヘッドセンサが、そのボール整列加工中に屈伸可能なステンシルマスクを通したウェハ上のはんだボールの整列を監視する、ステンシルマスクと、を備える。オーバヘッドセンサは、オーバヘッドガントリフレーム機構上に装着され、オーバヘッドセンサが、Ｘ方向及びＹ方向に移動可能であるオーバヘッドセンサの各々は、レンズアセンブリと、光センサと、人工光源と、を備える、カメラを備えるウェハ真空支持チャックは、ウェハに焦点が合うように、最初に垂直な距離でカメラの下方に位置付けられ、カメラは、制御コンピュータへの送信のために、ウェハの複数の画像を撮影する本発明はさらに、上方に配置された屈伸可能なステンシルマスクに対して、整列されていないパッドをすべて再配向させるためのパッド整列機構を含む。

[0011] 本発明はさらに、ウェハ処理加工収容チャンバ内で、ウェハ上の複数のはんだボールを処理するための方法を含み、パッド搭載済みウェハを、ロボットアームによって、ウェハ処理加工収容チャンバ又はモジュール内に引き上げることと、ウェハ処理加工収容チャンバ内部に配置された屈伸可能な真空チャックから延在する複数の垂直移動可能な支持ピンによって、ウェハ処理加工収容チャンバ内部のパッド搭載済みウェハを支持することと、パッド搭載済みウェハを、垂直移動可能な支持ピンの最上端に配置された複数の真空カップの上に、それを通した真空によって固着することと、移動可能な支持ピンを、屈伸可能な真空チャックの中に引き込むことと、パッド搭載済みウェハの底側にパッド搭載済みウェハを固着させるために、屈伸可能な真空チャック内で、複数の真空チャネルからのさらなる真空を適用することと、屈伸可能な真空チャック上に支持されたパッド搭載済みウェハの上側面全体に、フラックスフリー結合剤を堆積させることと、パッド搭載済みウェハの上側面に付けられた結合剤全体に、圧縮乾燥空気のカーテンを吹き付けることと、パッド搭載済みウェハの表面の上方に、孔付きステンシルを配置することと、複数のはんだボールを、パッド搭載済みウェハの上方に支持されたボール実装ヘッドから、パッド搭載済みウェハの上に落下させることと、ウェハ上の過剰なはんだボールを除去するために、ウェハ上のはんだボールの上に圧縮乾燥空気をさらに吹き付けることと、孔付きステンシル内に整列されておらず、孔の中に受け入れられていないパッド搭載済みウェハから、過剰なはんだボールを吸引及び収集することと、さらなる処理チャンバ内での加工のために、パッド搭載済みウェハ処理収容チャンバからパッド搭載済みウェハを除去することと、を含む。本方法は、振動掃引機構を、ウェハ処理収容チャンバ内部のパッド搭載済みウェハ及び孔付きステンシルの上方の位置に下げるステップと、孔付きステンシル内の孔内部でのはんだボールの載置を保証するために、掃引機構を、パッド搭載済みウェハの上でそのはんだボールとともに振動させるステップと、パッド搭載済みウェハからの過剰なはんだボールの収集を可能にするために、ステンシルの縁に沿って真空を適用するステップと、を含む。

[0012] 本発明はさらに、ウェハチップ処理適用チャンバ内における、パッド搭載済みウェハチップ又は基板又はパネル上のはんだボールのアセンブリのためのプロセスを含み、プロセスは、ウェハチップを、ロボット制御でウェハチップ処理適用チャンバの中に移動させるステップと、ウェハチップを、屈伸可能な真空チャックから垂直方向上方に延在する空気圧制御支持ピンの機構の上まで下げるステップと、ウェハチップを、介在する複数の真空チャネルによって、屈伸可能な真空チャックの上に固着させるステップと、結合剤噴霧ノズル及び圧縮空気送出ノズル機構によって支持されたガントリフレームを、ウェハチップ処理適用チャンバの中に導入するステップと、結合剤流体を、結合剤噴霧ノズルから、その下方のウェハチップの上側面全体に噴霧するステップと、過剰な結合剤流体を除去するために、圧縮乾燥空気のカーテンを、圧縮空気送出ノズルから、ウェハチップの上側面の上に噴霧するステップと、ウェハチップを、屈伸可能な真空チャック上に粗く整列させるステップと、孔付きステンシルを、ウェハチップ上方のウェハチップ処理適用チャンバの中に導入するステップと、ウェハチップ処理適用チャンバ内のガントリフレーム上に支持されたカメラのアレイによって、ステンシルに対してウェハを精密に整列させるステップと、ウェハチップに対するステンシルの配列を、ウェハチップ処理適用チャンバ内部のガントリフレーム上に支持された検証カメラによって検証するステップと、Ｘ、Ｙ及びＺ方向に変位可能なボール実装ヘッドを、ウェハチップ処理適用チャンバの中に導入するステップと、複数のはんだボールを、ウェハチップ上方の孔付きステンシルの上に落下させるステップと、ループ状ワイヤの機構を、複数のはんだボールの上で振動させて、はんだボールを、ウェハチップの表面上の孔付きステンシルの孔の中に誘導するステップと、孔付きステンシル全体にわたって圧縮乾燥空気のカーテンを吹き付けて、過剰なはんだボールをステンシルの縁に移動させるステップと、過剰なはんだボールを吸引して、後の使用のために保管するステップと、を含む。本プロセスは、過剰な結合剤をウェハから除去するために、結合剤全体に圧縮乾燥空気のカーテンを吹き付けるステップと、ウェハ上の最小化された結合剤上にはんだボールを整列させるステップと、を含む。

[0013] 本発明はさらに、半導体産業で使用するためのウェハチップアセンブリ機構を含み、ウェハチップアセンブリの一部が、生産モジュールにおける整列プロセスであって、パッド付きチップを、屈伸可能なチャック上に支持するステップと、屈伸可能なチャックと、パッド付きチップとを、孔付きステンシルの下方に移動させるステップと、孔付きステンシルを、ベースプレート上の固定位置に保持することであって、孔が、固有の孔パターンを画定する、保持するステップと、一対の撮像カメラを、モジュール内部及びステンシルの上方に支持するステップと、孔付きステンシルの固有の孔パターンの孔のうちの少なくともいくつかのうちの少なくとも２つの画像を捕捉するステップと、保存及び分析のために、固有の孔パターンの画像を、制御コンピュータに送信するステップと、を含むプロセスを含む。ウェハチップアセンブリプロセスは、画像から、孔のサブセットを、複合的特徴として識別することと、グローバル座標系の観点から、制御コンピュータによって、ステンシル上の複合的特徴の精密な位置を記憶することであって、座標系が、ベースプレート静止素子に対して固定される、記憶することと、一対の整列カメラを、整列ウィンドウの上に位置付けることと、パッド付きウェハの画像を、整列カメラの各々によって捕捉することと、整列カメラによって捕捉された画像を、制御コンピュータによって分析することと、撮像カメラと、整列カメラと、によって捕捉された画像を比較し、ステンシル内の孔と、屈伸可能なチャック上のパッド付きウェハとの間の相対的な向きを判定することと、パッド付きウェハを支持する屈伸可能なチャックを、孔付きステンシルの下方に正しく位置付けるように移動させ、はんだボールの配備を待機することと、を含んでもよい。

[0014] 本発明の目的及び利点は、以下の図面と併せて見るとより明らかになるであろう。

本発明の構造及び原理を利用した加工のステップを表す。 支持チャックの上へのウェハのローディング及びその固定を行うロボットプロセスを側面図で示す。 支持チャックの上へのウェハのローディング及びその固定を行うロボットプロセスを側面図で示す。 支持チャックの上へのウェハのローディング及びその固定を行うロボットプロセスを側面図で示す。 ガントリ制御結合剤噴霧機構と、それを備えた過剰な結合剤除去機構とを有する適用チャンバ内の搭載済み支持チャックの側面図を示す。 図３Ａに表されている側面図を示し、ガントリ制御結合剤噴霧機構が、結合剤を、チャックの上部に載置されたウェハの上面に適用している。 図３Ｂに示されている側面図を示し、ガントリ制御された過剰結合剤除去機構が、適用された過剰な結合剤を除去し、その過剰な結合剤を、適用チャンバから排出するように機能する。 複数の整列制御カメラの、適切な回路を介した動作及び制御によって、回転制御された真空チャック上に適切に整列されたパッド搭載済みウェハの側面図を示す。 図４Ａに示されるチャックで支持されたウェハの平面図を示し、整列制御カメラは、それ自体が、オーバヘッドビーム／ガントリ機構のサーボモータによって制御されている。 オーバヘッド検証制御カメラ機構によって観察及び制御されている、その上方に開孔整列ステンシルを有し、その上に真空保持されたウェハを有するチャックの側面図である。 その上に配置された複数のパッドを有するウェハを平面図で示す。 直下に配置されたウェハと整列された開孔整列ステンシルを図示する。 ステンシル上方に支持された移動可能なガントリに装着された整列カメラの機構を平面図で示し、ステンシルはベースプレート上の固定位置に保持されている。 ウェハの上方のある位置で支持及びロックされた整列カメラの機構を、図７と同様の平面図で示す。 、各々が、制御コンピュータによるさらなる処理と、そのチャック上の、ステンシルの下でのウェハの後続の整列のためである、整列カメラによって撮影されたウェハ画像と、整列カメラによって撮影されたステンシル画像とを平面図で表す。 整列カメラ機構で撮影したときの複数のステンシル孔の画像を表す。 ステンシルの下に整列される支持チャックの移動を容易にするための、ステンシル画像番号１とウェハ画像番号１と、ステンシル画像番号２とウェハ画像番号２との比較を表す。 ステンシルの孔及びウェハ上のパッドの誤整列された特徴の複合を示し、図１２Ｂでは、ここでは適切に位置づけられたチャック上に支持されているパッド付きウェハが、ここでは適切に整列された関係を表している。 ウェハ－ステンシル整列の検証画像を表し、ここでは、ウェハ上のパッドと、その上方のステンシル孔との間の適切な整列を示す。 検証カメラによって撮影されたときの、ウェハ－ステンシル整列の検証画像を表し、ステンシル孔のアレイの下のパッド付きウェハの誤整列の例を示す。 ボールマウンティングプロセスを表し、真空チャックが、その上のパッド及び結合剤とともに、整列されたステンシルの下側と接触係合するように引き上げられ、複数のはんだボールが、上方に配置されたボール実装ヘッドによって、ウェハ上のパッド上の適切な位置に入れられる。 全体にわたって掃引する過剰はんだボール除去機構による過剰なはんだボールの除去と、ステンシルの上側面からの過剰なはんだボールの同時回収とを図示する。 搭載されたウェハ、その複数のパッド、及びその上に配置された装着済みはんだボールの光学検査を図示する。

[0036] ここで図面を詳細に参照し、特に図１を参照すると、短縮されたアセンブリ手順を有するフラックスレスはんだボール実装アセンブリ加工モジュールに関連する本発明の概略図が示され、この手順は、続いて、関連出願に記載されているように、垂直方向に構成された熱処理機構を必要とする。図１に概して述べられているプロセスは、さらに具体的には以下のように説明される。ＦＯＵＰ（ｆｒｏｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｕｎｉｆｉｅｄ ｐｏｄ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ）は、パッド搭載済みウェハを処理チャンバに搭載するロボット機構を有し、液体結合剤は、ウェハの上側面に適用され、過剰な結合剤は、圧縮乾燥空気のカーテンにより、チップ上に薄膜のみを残してチップから一掃され、ウェハは、プリアライナロボットアームで粗調整されて真空支持チャック上に搭載され、光学機械システムは、ウェハを１つの整列及び固定されたステンシルに対して精密に整列し、はんだボールは、ステンシルの孔を通して、ウェハ上の結合剤でコーティングされたパッドに適用され、過剰なボールは、圧縮乾燥空気のさらなる掃引適用によって除去され、当該過剰なボールは、隣接する真空吸引システムによって回収され、次いで、ウェハが光学的に検査され、ボールの載置を確認するか、又は必要であれば修正する。次いで、適切に搭載されたウェハは、さらなるモジュールでの後続の処理のために、ロボットアームによって引き出される。

[0037] 上記のプロセスは、図２Ａに示される側面図から始まる以下の図でより具体的に説明され、ロボットアーム１０は、温度及び湿度制御された適用チャンバ１４の中に、ウェハ１２を送り込むように示されている。ウェハ１２には、複数のはんだボール受けパッド１６が事前搭載されている。３つの独立ゾーン真空チャック１８もまた、適用チャンバ（モジュール）１４内に配置されている。複数の支持ピン２０は、支持チャック１８の上側面から延在する。支持ピン２０は、垂直変位可能であり、図２Ａ及び図２Ｂにおいて見られ得るように、その最上部又は遠位端に配置された真空カップ２２を有する。ロボットアーム１０は、図２Ｂに表されるように、支持ピン２０の上端上にウェハ１２を堆積させる。ウェハ１２を担持する支持ピン２０は、好ましくは、真空チャック１８内に空気圧で完全に引き込まれ、図２Ｃに表されるように、凹型ピン２０になる。いったんウェハ１２が、チャック１８に接触すると、チャック１８内に配置された複数の真空チャネル２４が作動して、ウェハ１２を適所にしっかりと保持する。真空チャネル２４は、チャック１８の表面にわたる３つのゾーンにグループ化され、各々のゾーンが適切なコンピュータ制御回路２５によって互いに独立して制御され得る。

[0038] 図１に列挙されたプロセスの次のステップは、最初に図３Ａに表され、そこで側面図において、下端を有する適用チャンバ１４を示し、真空支持チャック１８はそこに存在するかしないかに関わらない。ガントリフレーム３０は、パッド１６が事前搭載されているウェハ１２上方のチャンバ１４の中に、かつその内部に延在し、ガントリフレーム３０は、コンピュータ制御されたサーボモータによってチャンバを横切って（横方向又は縦方向、もしくはその両方に）制御可能に移動可能である。結合剤噴霧ノズル３２のアレイは、ガントリフレーム３０の下端に配置され、ガントリフレーム３０内の導管を介して、そこを通って、その下のウェハ１２の上に、液体結合剤「ｂ」を噴霧することを可能にしている。また、「エアナイフ」３４もまた、ガントリフレーム３０の下端に配置され、必要に応じて、コンピュータ制御された圧縮乾燥空気のカーテンを、その下のウェハ１２の幅全体にわたって、ガントリフレーム３０のコンピュータ制御された移動により同様に適用する。ガントリフレーム３０の作動により、ウェハ１２全体をノズル３２及びエアナイフ３４にスキャンさせる。

[0039] 図３Ｂは、結合剤「ｂ」を示し、ガントリフレーム３０がその直下にあるウェハ１２をわずかに横切る際に、ウェハ１２及びパッド１６の両方を意味するパッド搭載済みウェハ１２上に噴霧される。注目すべきは、結合剤「ｂ」が、図３Ｂの右側に見られるように、ウェハ１２上と、場合によってはパッド１６上とに過度に堆積しているように示されていることである。図３Ｃは、直下にある結合剤でコーティングされたウェハ１２の上方のガントリフレーム３０の横断を表す。

[0040] エアナイフ３４を描画する図３Ｃのガントリフレーム３０は、好ましくはノズル９２のアレイを備え（以下でさらに説明される）、湿度及び温度制御された圧縮乾燥空気のカーテンを、真空チャック１８上に支持された結合剤付きウェハ１２の表面全体にわたって掃引させる。圧縮乾燥空気は、ウェハ１２の水平面に対して直角に、又は角度を付けて吹き付けられ得る。圧縮乾燥空気吹き付けカーテン又はストリームの機械的作用及び／又は蒸発作用は、適用チャンバ１４の左側に示されるように、過剰な結合剤をウェハ１２から、チャンバ内部の下部排出ポート３６を介して収集容器（図示せず）の中に追いやる。ウェハ１２の右側の、ウェハ１２上に示された結合剤３８の薄膜が、図３Ｃに表される。結合剤薄膜３８の厚さは、圧縮乾燥空気の流量、ガントリフレーム３０のスキャン速度、エアナイフ３４の位置又はそれらのノズル形状を調整することにより制御され得る。

[0041] 真空支持チャック１８によって保持されたウェハ１２の整列プロセスの側面図、ウェハ１２及びその各パッド１６がすべて図４Ａに表されており、パッド１６は、結合剤「ｂ」の薄膜を受容している。整列カメラ機構４０は、適用チャンバ１４内のガントリフレーム機構４２上に配置され、カメラ機構４０は、サーボモータ５３及び５４によって、そのガントリフレーム機構４２上のＸ方向及びＹ方向に移動可能に制御されている。各整列カメラ４０は、レンズアセンブリ、光センサ、又は、及び人工光源で構成されている。図４Ａに示されている真空支持チャック１８もまた支持され、多軸ステージ５６によってＸ、Ｙ、及びＺ方向に作動し得、制御コンピュータ５２による相互作用を介してシータ方向（ｚ軸の周り）に回転され得る。チャック１８は、図４Ｂに示されるように、ウェハ１２に焦点が合うように、最初に垂直方向のある距離でカメラ４０の下方に位置付けられる。カメラは、ベースプレート５７の開口部５５である整列ウィンドウを通して、ウェハ１２を観察する。整列ビーム「Ｉ」は、直下のパッド１６のアレイの上に下向きに向けられた一対の整列カメラ４０のうちの一方から発する図４Ａのカメラの「視野」を表す。また、別個に支持及び制御された検証カメラ６２が図４Ａに示されており、以下でさらに説明される。

[0042] 図４Ｂは、横ビーム４４にガントリフレーム４２の一部として装着された一対の整列カメラ４０を示し、その横ビーム４４上でＸ方向に独立して移動するようにコンピュータ制御されている。ビーム４４自体は、Ｙ方向に作動するが、Ｘ方向に平行である。各カメラ４０は、好ましくは、コンポーネント整列の本プロセスのためのレンズアセンブリ、光センサ、及び人工光源で構成され、真空チャック１８は、ウェハ１２の表面に焦点が合うように、最初に垂直方向のある距離でカメラ４０の下方に位置付けられる。次いで、各カメラ４０は、ウェハ１２上の異なる位置の画像を捕捉し、これらの画像を、適切な回路５２を介して制御コンピュータ５０に送るようにプログラムされる。この視覚情報は、制御コンピュータ５０によって処理され、真空チャック１８上のウェハ１２の精密な位置を示す。ウェハ１２の精密な位置が判断されると、ステージ５６は、回路５２を介して、チャック１８を指示されたように作動させて、図４Ａに表されるように、ウェハ１２を適切なＸ、Ｙ、及びシータの配向に整列させ、これにより、後述の図５、図６Ａ、及び図６Ｂに表されるように、ボールステンシル６０上の対応する孔７２の真下に、ウェハ１２のパッド１６を整列させるために、単一の付加的な平行移動ステップのみが必要とされる。

[0043] 上記で言及された孔付き又は開孔ボールステンシル６０は、図５の側面図に示され、チャンバ１４内の真空支持チャック１８の上方に配置されている。真空支持チャック１８は、その下のステージ５６によって移動可能に制御されて示される。下向きの検証カメラ６２は、ボールステンシル６０の上方に装着されて示されている。検証カメラ６２は、空気圧支持機構６３により、適切なコンピュータ制御により、「Ｚ」方向に垂直方向に移動可能であり得る。ウェハ１２はまず、整列カメラ機構４０の下方の位置からボールステンシル６０及び検証カメラ６２の直下の位置まで「Ｙ」方向に平行移動する。次いで、チャック１８のウェハ１２は、ボールのステンシル６０の底部に接触するか、ほぼ接触するように「Ｚ」方向に平行移動する。いったんウェハ１２がボールステンシル６０まで引き上げられ、検証カメラ６２がその下側位置にあると、ボールステンシル６０及びウェハ１２は、検証カメラ６２の焦点面内にある。コンピュータ制御検証カメラ６２は、ウェハ１２上の単一の場所の画像を撮影するように指示される。制御コンピュータ５０は、この情報を用いて、ウェハ１２とボールステンシル６０との間の最終的な整列を確認する。いったん確認されると、検証カメラ６２は、以下の図６Ａ及び図６Ｂに示され、説明されるように、制御リフト空気圧駆動部６３によって持ち上げられ、ボール実装ヘッド７０の邪魔にならないようにされる。

[0044] これらのパッド１６のそれぞれは、最終的にはボールステンシル６０の孔７２のうちの１つの下の、Ｘ方向及びＹ方向の中央に配置されることになる。ウェハ１２、そのパッド１６及び開孔ステンシル６０の配置が、図６Ａに平面図で示される。左側の図である図６Ｂは、その上に同様に整然と整列された複数のパッド１６を有するウェハ１２自体を示す。右側の図６Ａは、複数のパッド１６を有するウェハ１２自体を示す。図６Ｂに表されたステンシル６０は、その上に同様に整然と整列された孔７２のアレイを有する。ウェハ１２が適切に整列されると、これらのパッド１６の各々は、最終的にはボールステンシル６０の孔７２のうちの１つの下の、Ｘ方向及びＹ方向の中央に配置されることになる。次いで、検証カメラ６２は、制御コンピュータによって、これらの整列されたパッド１６及び孔７２のサブセットの写真を撮影するように指示される。カメラの視野内のパッド１６及び孔７２のすべてが制御コンピュータ５０によって適切に整列されていると判断されると、次いで、ウェハ１６全体が適切に整列されたものと想定される。

[0045] 図７は、整列プロセスを示し、ツールのセットアップ中、加工が開始される前に、ガントリフレーム４２が２つの整列カメラ４０をステンシル６０の上方に位置付ける。ステンシル６０は、ベースプレート５７上の固定位置に保持され、セットアップ及び加工の間にわたって固定されたままにされる。ステンシル６０は、加工される特定のウェハ１２に対応する複数の孔７２と、固有の孔パターンと、を包含する。各カメラ４０（両方）がステンシル６０の上方にある間、各々がステンシル６０の一部の画像を捕捉し、この画像は、孔７２のパターン全体の一セクションである。これらの画像セクションは、図９において、ステンシル画像＃１（９２）及びステンシル画像＃２（９４）として識別される。これらの画像セクション９２及び９４は、保存及び解析のために制御コンピュータ５０に送信される。各画像は、図１０に示されるように、多数のステンシル孔７２を捕捉する。実際には、孔７２の数は、数百個であってもよい。いったん制御コンピュータ５０が画像を受信すると、制御コンピュータ及びソフトウェアは、画像９２又は９４内の、「複合的特徴」と呼ばれる固有のパターンを形成する孔９６のサブセットを識別する。この複合的特徴が識別された後、ビジョンソフトウェアは、複合的特徴の精密な位置及び配向を判断する。その結果、トレーニング中に、ソフトウェアは、グローバル座標系の観点から、ステンシル６０上の２つの複合的特徴の精密な位置を識別及び記憶する。この「グローバル座標」は、ベースプレート５７などのツールの静止素子に対して固定される。

[0046] 次いで、ガントリフレーム４４は、図８に示されるように、整列カメラ４０及び４０を、整列ウィンドウ５５の上方に位置付ける。次いで、カメラ位置が適所にロックされ、ウェハ１２のすべての加工及び生産の間、固定されたままにされる。ウェハ１２は、加工されると、図４Ａに表されるように、支持チャック１８の上に搭載され、整列カメラ４０及び４０の下に位置付けられる。ウェハ１２は、複数のパッド１６を包含する。各カメラ４０及び４０は、ウェハ１２の一部の画像である、パッドパターン全体の一セクションの画像を捕捉する。図９で識別されたこれらの画像セクションは、ウェハ画像＃１（９３）及びウェハ画像＃２（９５）である。次いで、これらの画像は、解析のために制御コンピュータ５０に送信される。各画像９３及び９５は、図１０に示されるのと同じくらい多くのパッド１６を捕捉し得る。いったん制御コンピュータ５０が画像９３及び／又は９５を受信すると、ビジョンソフトウェアは、画像９３及び／又は９５内のパッド９６のサブセットを識別し、これらは、ステンシル６０上のもののような固有のパターンである「複合的特徴」を形成する。複合的特徴が識別された後、ここで、ビジョンソフトウェアは、ステンシル画像＃１（９２）をウェハ画像＃１（９３）と、ステンシル画像＃２（９４）をウェハ画像＃２（９５）と比較し、この比較は、図１１に表される。ソフトウェアは、図１２Ｂに示されるように、ウェハ及びステンシルの各対の複合的特徴のそのような最終的な位置と配向とを、支持チャック１８が一致させる必要があるＸ、Ｙ、Ｚ、及びシータの動きを計算し、次いで、制御コンピュータ５０は、適切な回路５２を介して、支持チャック１８に、これらの計算された動きを実行するように命令する。このように、ウェハ１２が整列され、ステンシル６０の底部の近くに向かって上向きに動かされるか、又は底部と接触させられる。

[0047] 支持チャック１８がその動きを終了し、ウェハ１２がステンシル６０の下の位置にきた後、ウェハ－ステンシルの整列を確認する必要がある。これを行うために、検証カメラ６２は、ステンシル６０及びウェハ１２の単一の画像を捕捉する。この画像は、「検証画像」、及び図９に表されるように、９７と標示される。整列カメラ４０及び４０と同様に、検証カメラ６２は、全体的な孔－パッドパターンのサブセットを捕捉する。検証カメラ６２は、この画像を制御コンピュータ５０に送信し、ここでビジョンソフトウェアが、その画像内の孔７２及びパッド１６を識別する。ビジョンソフトウェアは、各パッド１６及び各孔７２の中心を算出し、それらを比較する。パッド１６の中心と孔７２の中心との相対位置に基づいて、ソフトウェアプログラムは、ウェハ１２及びステンシル６０の最終的な整列が、図１３Ａに示された検証画像のように良好であるかどうか、又は図１３Ｂに示された検証画像と同程度に不良であるかどうかを判断する。ウェハ１２及びステンシル１６が完全に整列されると、各パッド１６の中心は、図１３Ａに示される検証画像によって示されるように、孔７２の中心と一致する。

[0048] 図１４には、ボールマウンティングプロセスが表され、ウェハ１２が、図１４及び図１５に表されているように、ステンシル６０の底まで引き上げられている。ボール実装ヘッド７０は、ロボット制御で、適用チャンバ１４の中にその側部を通して導入され、ステンシル６０の孔７２の近傍に制御可能に引き下げられ、ボール実装ヘッド７０は、「粗い」「Ｙ」方向空気圧制御機構７８及び「Ｚ」方向空気圧制御機構８０によってコンピュータ制御される。「微細な」「Ｙ」方向空気圧制御機構７４は、図１４に表され、以下においてさらに述べられる。粗い「Ｙ」方向空気圧制御機構７８は、ボール実装ヘッド７０を検証カメラ６２を避けるように移動させる。１つの好ましい実施形態におけるボール実装ヘッド７０は、１つの好ましい実施形態では、細いコイル又はワイヤのループ８３からなり、ボール実装ヘッド７０の下側に取り付けられた、横方向に延在する掃引部材８２のアレイである。別の好ましい実施形態では、薄い柔軟なブラシ（図面を明確にするために図示せず）が、ボール実装ヘッド７０の下側のコイル又はワイヤのループ８３に置き換えられる。これらの掃引部材８２、又はより具体的には、ボール実装ヘッド７０の下にあるワイヤのループ８３は、ステンシル６０に辛うじて接触するか、又はかすかに接触する。ボール実装ヘッド７０内のリザーバ８４は、大量のはんだボール８６を解放し、これがひいては、ステンシル６０の上側面全体に分配されるようにプログラムされている。波発生器８８は、制御コンピュータ５０によって適切な回路５２を通して作動し、掃引部材８２、好ましくはワイヤのループ８３の振動を開始させ、ステンシル６０の表面上のはんだボール８６とブラシ接触させる。ワイヤ８３（又は掃引部材８２のブラシ）のブラッシング振動は、はんだボール８６に接触し、ワイヤ８３の振動は、結果としてはんだボール８６を移動させる。はんだボールがステンシル６０の上を移動すると、はんだボールは、ステンシルの孔７２を通って落下し、その下に適切に配列された結合剤「ｂ」でコーティングされたウェハパッド１６に付着する。はんだボール８６の分配及びステンシル６０の孔７２の充填は、ワイヤを異なる次元で前後に振動させることで、例えば、ボール実装ヘッド７０に装着された微細「Ｙ」空気圧制御駆動部７４を、ボール実装ヘッド７０上に装着された、これも図１４に表された、他の別個の駆動部７８及び８０と組み合わせて使用する、わずか数ミリメートルの振動によって、さらに促進される。はんだボール８６がステンシル６０の表面の孔７２に分配された後、ボール実装ヘッド７０は、制御可能に上方に動かされ、以下の図１５に詳細に説明されている圧縮乾燥空気掃引を避けるようにされる。

[0049] 先に述べられたはんだボールの掃引及び回収が、図１５に再度示される。いったんはんだボール８６がステンシル６０の孔７２を通って充填され、ウェハ１２上に載置された結合剤付きパッド１６の上に貼り付けられると、エアナイフ３４が作動してはんだボール付きステンシル６０の表面を掃引し、それによって、エアナイフ３４が空気圧駆動アーム９４によって運ばれるときに移動させられるとき、ノズル９２から圧縮乾燥空気のカーテンを生じさせる。ウェハ１２上のパッド１６の結合剤「ｂ」に適切に固着されていない過剰なはんだボール８６は、圧縮乾燥空気のカーテンがはんだボール付きステンシル６０全体にわたって掃引する前に一掃され、緩んだはんだボール８６を、圧縮乾燥空気掃引プロセスの下流端にある真空及び収集容器９０に向かわせる。このように、ステンシル６０の受け孔７２に落ちなかったはんだボール８６は、エアナイフ３４（圧縮乾燥空気ノズル機構９２）の前にその収集容器９０による捕捉に掃引される。それらのはんだボール８６は、付加的なウェハのさらなる加工で再使用され得る。

[0050] 最終的にアセンブルされたウェハ１２の光学検査が、図１６に表される。適切なパッド１６のアレイと複数のはんだボール８６と有するウェハ１２は、真空支持チャック１８によって支えられる。（ラインスキャン）カメラ９８は、整列スキャンのために使用され、レンズアセンブリと、人工光源内の光センサとを備え、下向きに配列され、一方で、その下にある真空支持チャック１８は、アセンブルされたウェハ１２の動きを、ラインスキャンカメラ９８の視野を通して支持し、ウェハ１２全体の合成画像を作成する。この画像は、制御コンピュータ５０によって処理され、ウェハ１２上の各はんだボール８６の整列を確認して、対処される必要があり得る欠落しているか又は余分なはんだボール８６があるかどうかが判断される。本発明のさらなる実施形態は、整列及び最終検査の両方を提供するための、一組の光学系（カメラ）による、本明細書で上述された多数のカメラを含む。

Claims (14)

1. ウェハ上に配置されたパッドのアレイの上への複数のはんだボールのフラックスフリーアセンブリを可能にして、ウェハ製品を構成し、エレクトロニクス産業での前記ウェハ製品の使用を可能にするプロセスであって、
   前記ウェハ上にフラックスフリー結合剤を堆積させることと、
   圧縮乾燥空気のカーテンを前記フラックスフリー結合剤が堆積させた前記ウェハの表面の全体にわたって掃引させるように、前記ウェハ上の前記フラックスフリー結合剤上に前記圧縮乾燥空気のカーテンを吹き付けて、前記ウェハ上の前記フラックスフリー結合剤の深さを制御することと、
   前記ウェハ上に、孔付きステンシルを配置することと、
   パッド付きウェハを、前記孔付きステンシルに整列させることと、
   前記整列されたパッド付きウェハと前記孔付きステンシルとが整列されていることを、コンピュータ化光学ビジョンシステムを通して検証することと、
   ボール実装ヘッドから前記孔付きステンシル上に多数のはんだボールを落下させることによって、落下させた前記はんだボールを前記ウェハ上に配置された前記孔付きステンシルの孔のアレイを通して、前記ウェハ上の前記フラックスフリー結合剤の上に、はんだボールのアレイを堆積させることと、
   前記ボール実装ヘッドの底側に取り付けられたループ状ワイヤのアレイを、前記孔付きステンシル上の前記はんだボールのアレイの中に降下させることと、
   前記孔付きステンシル上の前記はんだボールのアレイ内で前記ループ状ワイヤのアレイを振動させて、前記孔付きステンシルの前記孔を通したボール載置をさらに生じさせることと、
   前記孔付きステンシル上の前記はんだボールのアレイの上に圧縮乾燥空気を吹き付けて、前記孔付きステンシル上に残存しているいかなる外れた過剰なはんだボールも変位させることと、
   前記吹き付けられた圧縮乾燥空気によって変位されたいかなる外れた過剰なはんだボールも吸引及び収集することと、を含むプロセス。
2. 前記ウェハをスリーゾーン真空チャック上に支持して、その上に前記ウェハをしっかりと保持するステップを含む、請求項１に記載のプロセス。
3. 垂直変位可能な支持ピンのアレイを、前記スリーゾーン真空チャック内部に配置して、空気圧ピン制御プロセスによって制御された様態で、前記ウェハを、前記真空チャックの上に降下させることを可能にするステップを含む、請求項２に記載のプロセス。
4. ウェハ処理加工収容チャンバ内でのウェハ上の複数のはんだボールのフラックスフリー加工のためのシステムであって、
   ウェハが前記加工収容チャンバ内で加工されているとき、複数のはんだボールを包含する前記ウェハの支持を維持するための移動可能な真空支持チャックと、
   前記加工収容チャンバ内部の前記ウェハの上方に、結合剤堆積関係にあるように配置された、移動可能なフラックスフリー結合剤アプリケータと、
   流体カーテンを前記フラックスフリー結合剤が堆積させた前記ウェハの表面の全体にわたって掃引させるように、前記加工収容チャンバ内部の前記ウェハに適用されるいかなるフラックスフリー結合剤に対しても結合剤適用最小化処理関係にあるように配置された、移動可能な流体カーテンディスペンサであって、前記流体カーテンが、圧縮空気である、流体カーテンディスペンサと、を備えるシステム。
5. 前記移動可能な流体カーテンディスペンサが、処理されている前記ウェハの上に移動可能に配置された空気噴出ノズルのアレイを備える、請求項４に記載のシステム。
6. 前記空気噴出ノズル及び前記移動可能なフラックスフリー結合剤アプリケータの両方が、共通のガントリフレーム機構上に支持される、請求項５に記載のシステム。
7. 前記ウェハ上に適切に配置されていないいかなる過剰はんだボールも収集するために、処理中の前記ウェハに隣接して配置された、真空を利用する過剰はんだボール収集容器を含む、請求項４に記載のシステム。
8. 前記過剰はんだボール収集容器による、過剰はんだボールの除去に続いて、はんだボール載置精度のために処理された前記ウェハを検査及び分析するための、前記加工収容チャンバ内に挿入可能なカメラ機構を含む、請求項７に記載のシステム。
9. ウェハ処理加工収容チャンバ内で、ウェハ上の複数のはんだボールを処理するための方法であって、
   パッド搭載済みウェハを、ロボットアームによって、前記ウェハ処理加工収容チャンバ内に引き上げることと、
   前記ウェハ処理加工収容チャンバ内部に配置された移動可能な真空チャックから延在する複数の垂直移動可能な支持ピンによって、前記ウェハ処理加工収容チャンバ内部の前記パッド搭載済みウェハを支持することと、
   前記パッド搭載済みウェハを、前記垂直移動可能な支持ピンの最上端に各々配置された複数の真空カップの上に、それを通した真空によって固着することと、
   前記移動可能な支持ピンを、前記移動可能な真空チャックの中に引き込むことと、
   前記パッド搭載済みウェハの底側に前記パッド搭載済みウェハを固着させるために、前記移動可能な真空チャック内で、複数の真空チャネルからのさらなる真空を適用することと、
   前記移動可能な真空チャック上に支持された前記パッド搭載済みウェハの上側面全体に、フラックスフリー結合剤を堆積させることと、
   圧縮乾燥空気のカーテンを前記フラックスフリー結合剤が堆積させた前記ウェハの表面の全体にわたって掃引させるように、前記パッド搭載済みウェハの前記結合剤付き上側面全体に、前記圧縮乾燥空気のカーテンを吹き付けることと、
   前記パッド搭載済みウェハの上に、孔付きステンシルを配置することと、
   前記パッド搭載済みウェハを、前記孔付きステンシルの下方に移動させることと、
   複数のはんだボールを、前記パッド搭載済みウェハの上方に支持されたボール実装ヘッドから、前記パッド搭載済みウェハの上に落下させることと、
   前記ウェハ上に前記はんだボールを強化し、前記ウェハ上の過剰なはんだボールを除去するために、圧縮乾燥空気のカーテンを前記ボール実装ヘッドが付いた前記ウェハの表面の全体にわたって掃引させるように、前記ウェハ上の前記はんだボールの上に圧縮乾燥空気のカーテンをさらに吹き付けることと、
   前記パッド搭載済みウェハから、前記孔付きステンシル内に整列されていない過剰なはんだボールを吸引及び収集することと、
   さらなる処理チャンバ内での加工のために、前記パッド搭載済みウェハ処理収容チャンバから前記パッド搭載済みウェハを取り出すことと、を含む方法。
10. 振動掃引機構を、前記ウェハ処理収容チャンバ内部の前記パッド搭載済みウェハの上方の位置に下げるステップと、
    前記孔付きステンシル内の孔内部でのはんだボールの載置を確実にするために、前記掃引機構を、その上にはんだボールを有する前記パッド搭載済みウェハの上方で振動させるステップと、を含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記パッド搭載済みウェハから過剰なはんだボールの収集を可能にするために、前記孔付きステンシルの縁に沿って真空を適用するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
12. ウェハチップ処理適用チャンバ内における、パッド搭載済みウェハチップ上のはんだボールのフラックスフリーアセンブリのためのプロセスであって、
    前記ウェハチップの上側面に、はんだボールアレイ取り付けパッドを適用するステップと、
    前記ウェハチップを、ロボット制御でウェハチップ処理適用チャンバの中に移動させるステップと、
    前記ウェハチップを、移動可能な真空チャックから垂直方向上方に延在する空気圧制御支持ピンの配列の上まで下げるステップと、
    前記ウェハチップを、介在する複数の真空チャネルによって、前記移動可能な真空チャックの上に固着させるステップと、
    結合剤噴霧ノズル及び圧縮空気送出ノズル機構によって支持されたガントリフレームを、前記ウェハチップ処理適用チャンバの中に導入するステップと、
    結合剤流体を、前記結合剤噴霧ノズルから、その下方の前記ウェハチップの上側面全体に噴霧するステップと、
    過剰な結合剤流体を除去するために、圧縮乾燥空気のカーテンを結合剤が付いた前記ウェハチップの上側面全体にわたって掃引させるように、前記圧縮乾燥空気のカーテンを、前記圧縮空気送出ノズルから、前記ウェハチップの前記上側面の上に噴霧するステップと、
    前記ウェハチップを、前記移動可能な真空チャック上に粗く整列させるステップと、
    孔付きステンシルを、前記ウェハチップ処理適用チャンバの中に、前記ウェハチップ上方に導入するステップと、
    前記ウェハチップに対する前記孔付きステンシルの整列を、前記ウェハチップ処理適用チャンバ内部のガントリフレーム上に支持された検証カメラによって検証するステップと、
    Ｘ、Ｙ、及びＺ方向に変位可能なボール実装ヘッドを、前記ウェハチップ処理適用チャンバの中に導入するステップと、
    複数のはんだボールを、前記ウェハチップ上方の前記孔付きステンシルの上に落下させることと、
    ループ状ワイヤの機構を、前記複数のはんだボールの上で振動させ、それによって、前記はんだボールを、前記ウェハチップの表面上の前記孔付きステンシルの前記孔の中に誘導するステップと、を含むプロセス。
13. 過剰な結合剤を前記ウェハから除去するために、前記結合剤全体に圧縮乾燥空気のカーテンを吹き付けるステップを含む、請求項１２に記載のプロセス。
14. はんだボールを、前記ウェハ上の最小化された結合剤上に整列させるステップを含む、請求項１２に記載のプロセス。

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