JP2001358451A

JP2001358451A - 導電性ボール搭載装置

Info

Publication number: JP2001358451A
Application number: JP2000177500A
Authority: JP
Inventors: Hideji Hashino; 英児橋野; Kenji Shimokawa; 健二下川; Kohei Tatsumi; 宏平巽; Kazuo Niitsuma; 和生新妻
Original assignee: Shibuya Kogyo Co Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Shibuya Corp
Priority date: 2000-06-13
Filing date: 2000-06-13
Publication date: 2001-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】大量の導電性ボールを適正かつ効率的に転写
接合する導電性ボール搭載装置を提供する。【解決手段】導電性ボールを配列板に配列した後、そ
のボールを接合すべき接合対象物に対して搭載する。導
電性ボールの供給部２５、ボール配列検査部２８、配列
不良ボールの排出部２７およびボール搭載位置合わせ部
が第１の線Ｌ１上に配置されるとともに、この第１の線
Ｌ１に沿ってボール搭載ヘッド２３が往復移動可能に設
置される。第１の線Ｌ１と並置する第２の線Ｌ２上にフ
ラックス供給部１６およびフラックス転写位置合わせ部
が配置されるとともに、この第２の線Ｌ２に沿ってフラ
ックス転写ヘッド１５が往復移動可能に設置される。第
１および第２の線と交わる位置に導電性ボールが搭載さ
れるウェハＷを搬送するガイド１が設置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微小の金属製導電
性ボールを半導体基板もしくはウェハの電極部に対して
一括で転写接合して搭載するボール搭載装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体チップ等の電極にバンプを形成す
るための技術として、たとえば特開平７−１５３７６５
号公報に開示されるバンプ形成方法では半導体チップ１
つ分の金属ボールを吸着保持するために、半導体チップ
のバンプ形成位置に対応したすべ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る。その配列基板に
微小金属ボールを吸着保持して、つぎに複数の微小金属
ボールを被接合部に一括接合するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来装
置では基本的に半導体チップを１チップずつ取扱処理す
るものであり、つまり生産効率は必ずしも十分なもので
はなかった。また、近年半導体装置は高密度化してお
り、それに伴って金属ボールもさらに微小化してきてい
る。このように極めて微小な導電性ボールはこれを被接
合部に適正に接合するのは実質的に極めて困難である。

【０００４】本発明はかかる実情に鑑み、大量の導電性
ボールを適正かつ効率的に転写接合する導電性ボール搭
載装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の導電性ボール搭
載装置は、導電性ボールを配列板に配列した後、そのボ
ールを接合すべき接合対象物に対して前記導電性ボール
を搭載するボール搭載装置であって、前記導電性ボール
の供給部、ボール配列検査部、配列不良ボールの排出部
およびボール搭載位置合わせ部が第１の線上に配置され
るとともに、この第１の線に沿ってボール搭載ヘッドが
往復移動可能に設置され、前記第１の線と並置する第２
の線上にフラックス供給部およびフラックス転写位置合
わせ部が配置されるとともに、この第２の線に沿ってフ
ラックス転写ヘッドが往復移動可能に設置され、前記第
１および第２の線と交わる位置に前記導電性ボールが搭
載される前記ボール接合対象物を搬送するガイドが設置
されていることを特徴とする。

【０００６】また、本発明の導電性ボール搭載装置にお
いて、配列された導電性ボールの検査装置が、前記第１
の線に交わる線上を往復移動可能に配置されることを特
徴とする。

【０００７】また、本発明の導電性ボール搭載装置にお
いて、前記第１の線上に配列不良ボールを除去するため
のボール除去機構が配置されていることを特徴とする。

【０００８】また、本発明の導電性ボール搭載装置にお
いて、前記ボール搭載ヘッドに加振装置が付設されてい
ることを特徴とする。

【０００９】また、本発明の導電性ボール搭載装置にお
いて、前記加振装置が超音波振動装置であることを特徴
とする。

【００１０】また、本発明の導電性ボール搭載装置にお
いて、前記フラックス転写ヘッドは、前記接合対象物と
しての基板あるいは半導体ウェハのフラックス塗布部位
に対応する突起が形成されたフラックス転写板を備える
ことを特徴とする。

【００１１】また、本発明の導電性ボール搭載装置にお
いて、前記フラックス転写板の少なくとも突起部および
ベース部のいずれかが弾性体からなることを特徴とす
る。

【００１２】また、本発明の導電性ボール搭載装置にお
いて、前記フラックス転写ヘッドおよびボール搭載ヘッ
ドはそれぞれ、前記接合対象物に接触する際に荷重制御
可能であることを特徴とする。

【００１３】本発明によれば、導電性ボールを配列板に
吸引配列した後、フラックスが塗布されたウェハに対し
てそのボールを一括で転写接合するという一連の工程を
円滑かつ適正に行なうことができる。特にウェハしかも
大型のウェハ単位での処理が可能になるため、極めて高
い生産効率を実現することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき、本発明の好
適な実施の形態を説明する。図１は、本発明装置の概略
構成を示している。この実施形態において半導体基板も
しくはウェハの電極部に対して導電性ボールを一括で転
写接合するが、本発明では複数の工程を順次自動で行な
うものである。

【００１５】本発明装置のレイアウト構成において、図
１に示すようにウェハＷは搬送ラインＬに沿って移動
（あるいは往復動）し、この搬送ラインＬに直交するか
たちで第１の線もしくはラインＬ１および第２の線もし
くはラインＬ２が設定される。後述するように、第１の
ラインＬ１に沿って導電性ボールの搭載工程が構成さ
れ、また第２のラインＬ２に沿ってフラックス塗布工程
が構成される。

【００１６】ここで、本発明の実施形態ではウェハＷ
は、４インチ以上のサイズのものを対象としている。こ
のウェハ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を得ることができ、各半導体チッ
プＣの電極部には後述するように本発明装置によって複
数の導電性ボールＢが接合される。図においては、導電
性ボールＢ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Ｂは、数十万個に
なる。本発明は、このように極めて大量の導電性ボール
を一括でウェハＷに搭載するものである。

【００１７】図３は、本発明装置の全体構成例を示して
いる。図において搬送ラインＬに沿ってガイドもしくは
ガイドレール１が設置され、このガイドレール１上には
ウェハＷを載置して搬送ラインＬ方向(Ｘ方向)に往復動
するウェハ搬送ステージ２が設けられる。ウェハ搬送ス
テージ２はウェハ載置部２ａがθ方向に回転可能に構成
されるとともに、アライメント調整用のステージカメラ
３が設置されている。

【００１８】ガイドレール１の一端側にはウェハ搬送ス
テージ２に対してウェハＷを供給・排出するハンドリン
グユニット４が設置される。ハンドリングユニット４は
図４あるいは図５にも示すように、複数の関節で連結さ
れたアーム５とこのアーム５の先端に付設されたチャッ
ク手段６を含む。チャック手段６によって把持したウェ
ハＷをＸ−Ｙ方向に自在に伸縮・回転移動させることが
できる。

【００１９】ハンドリングユニット４の両側至近位置に
は、ボール搭載前のウェハＷを収納するウェハ収納カセ
ット７とボール搭載後のウェハＷを収納するウェハ収納
カセット８が設置される。これらのウェハ収納カセット
７，８において、図３に示すように複数のウェハＷが積
層状態で収容され、それらのウェハＷは順次ハンドリン
グユニット４によって取り出し、あるいは収納されるよ
うになっている。

【００２０】ここで図４および図５に示すようにガイド
レール１とウェハ収納カセット７の間、およびガイドレ
ール１上にはウェハＷに対する１次アライメントユニッ
ト９と２次アライメントユニット１０がそれぞれ配置さ
れる。１次アライメントユニット９は、照明装置１１と
この照明装置１１の上方定位置に設けられたカメラ１２
を含んでいる。また、２次アライメントユニット１０
は、Ｙ−Ｚ方向に移動可能なカメラ１３を含んでいる。

【００２１】つぎに、図３に示されるように第２のライ
ンＬ２に沿ってガイドもしくはガイドレール１４が設置
され、このガイドレール１４にはＹ−Ｚ方向に移動可能
なフラックス転写ヘッド１５が支持される。ガイドレー
ル１４の一端側にてフラックス転写ヘッド１５の下方に
位置するように、フラックス供給台１６が配置される。
フラックス供給台１６に供給されたフラックスＦは、ス
キージ１７によって均一な厚さにされる。フラックス供
給台１６とガイドレール１の間にはフラックスクリーニ
ング台１８が配置される。フラックスクリーニング台１
８上には、布もしくは紙などの吸湿性を有する素材が敷
設され、フラックス転写ヘッド１５の転写面を清掃する
ようになっている。

【００２２】ここでフラックス転写ヘッド１５は図６に
示されるように、ウェハＷのフラックス塗布部位に対応
する突起が形成されたフラックス転写板１９を備える。
フラックス転写板１９は突起部２０とベース部２１を含
んでおり、少なくとも突起部２０およびベース部２１の
いずれかが弾性体からなる。このように弾性体を持つこ
とで、フラックス転写板１９からウェハＷに対して均一
にフラックスを塗布することができる。

【００２３】また、図３に示されるように第１のライン
Ｌ１に沿ってガイドもしくはガイドレール２２が設置さ
れ、このガイドレール２２にはＹ−Ｚ方向に移動可能な
ボール搭載ヘッド２３が支持される。このボール搭載ヘ
ッド２３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から作り出される半導体チップＣ
の電極部に対してその導電性ボールＢを一括で転写接合
する。

【００２４】ガイドレール２２の一端側にてボール搭載
ヘッド２３の下方に位置するように、ボール供給装置２
４が配置される。ボール供給装置２４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）２
５とボールトレー２５を加振してボールトレー２５内で
導電性ボールＢを跳躍させる加振機２６を含んでいる。

【００２５】ボール供給装置２４とガイドレール１の間
には、配列不良ボール除去用ノズル２７と配列検査用カ
メラ２８が配置される。配列不良ボール除去用ノズル２
７はボール搭載ヘッド２３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ようになってい
る。また、配列検査用カメラ２８はボール搭載ヘッド２
３における配列不良を検査するが、これは配列面全体の
エラーボール除去後、エラーボール分割除去によって正
規のボールも除去し、再吸着を行なった後の配列状態の
検査、あるいはボール搭載後にボール搭載ヘッド２３に
残ったボールの検査等を行なう。

【００２６】ここで、ボール搭載ヘッド２３は図７に示
すようにボール供給装置２４とボール搭載位置合せ部１
ｂとの間を往復動するが、図８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２９を持ち、配列板３０
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３０は、ウェハ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着孔３０ａを有する。そし
て、吸引機構２９によって、ボールトレー２５内で跳躍
する導電性ボールＢを各吸着孔３０ａに１つずつ吸着さ
せることができる。また、ボール搭載ヘッド２３の基部
適所に加振装置３１が付設される。この加振装置３１と
しては、超音波振動装置等が好適である。

【００２７】上記構成でなる本発明装置において、つぎ
にその作用を説明する。まず、ハンドリングユニット４
によってウェハ収納カセット７からウェハＷを１枚取り
出す。そのウェハＷは図４および図５に示されるよう
に、１次アライメントユニット９上に移動され、ここで
位置検出が行なわれる。この場合、ウェハＷの下方から
照明装置１１で照明し、カメラ１２によってウェハＷの
中心とノッチ（もしくはオリエンテーションフラット）
Ｗ１の位置を計測する。そしてウェハ搬送ステージ２に
移載されたウェハＷは、２次アライメントユニット１０
のカメラ１３によってさらに詳細にその位置が認識され
る。

【００２８】ウェハ搬送ステージ２上のウェハＷは、ガ
イドレール１に沿ってフラックス転写位置合せ部１ａ
（図１参照）まで移動され、この位置で待機する。一
方、フラックス供給台１６上のフラックスＦは、スキー
ジ１７によって均一に薄く延ばされ、そのようなフラッ
クスＦに対してフラックス転写ヘッド１５が降下する。
フラックス転写ヘッド１５のフラックス転写板１９がフ
ラックスＦに接触することにより、フラックス転写板１
９の各突起部２０には適量のフラックスＦが均一に付着
する。なお、フラックス転写ヘッド１５は、フラックス
Ｆに接触する際の接触荷重がフラックスの種類等に応じ
て制御可能に構成されている。これによりフラックス転
写板１９をフラックスＦに対して最適荷重で接触させ、
フラックス付着量をつねに最適にすることができる。

【００２９】つぎに、フラックス転写ヘッド１５は、ガ
イドレール１のフラックス転写位置合せ部１ａ上で待機
するウェハ搬送ステージ２上方位置に移動される。この
ときウェハ搬送ステージ２のステージカメラ３によって
フラックス転写ヘッド１５のフラックス転写板１９のア
ライメントマークを認識し、位置合せが行なわれる。フ
ラックス転写ヘッド１５が降下してウェハＷと接触する
ことにより、フラックス転写板１９の突起部２０に付着
しているフラックスＦが、ウェハＷのフラックス塗布部
位に正確かつ均等に転写塗布される。

【００３０】フラックス塗布後、フラックス転写ヘッド
１５はウェハＷから離脱上昇し、フラックスクリーニン
グ台１８に降下する。フラックス転写板１９をフラック
スクリーニング台１８に軽い圧力で接触させることによ
り、その突起部２０が清掃される。これによりフラック
ス転写ヘッド１５（突起部２０）の清浄を保ち、繰返し
使用が可能になる。なお、この場合にもフラックス転写
ヘッド１５は、フラックス転写板１９をフラックスクリ
ーニング台１８に接触させる際の荷重を制御し、フラッ
クス転写板１９を確実に清浄する。

【００３１】つぎに、フラックスが塗布されたウェハ搬
送ステージ２上のウェハＷは、ガイドレール１に沿って
さらにボール搭載位置合せ部１ｂ（図１参照）まで移動
され、この位置で待機する。一方、ボール供給装置２４
におけるボールトレー２５内の導電性ボールＢは、加振
機２６によって跳躍している。図７の点線のようにボー
ル搭載ヘッド２３をボールトレー２５内の所定高さ位置
まで降下させることで、その跳躍する導電性ボールＢを
吸着する。

【００３２】この場合ボール搭載ヘッド２３の加振装置
３１を作動させて配列板３０に振動を加えることによ
り、余剰の導電性ボールＢが配列板３０に付着するのを
防ぎ、図８のように吸着孔３０ａにのみ１つの導電性ボ
ールＢを吸着させる。

【００３３】ボール搭載ヘッド２３はガイドレール１に
沿ってボール搭載位置合せ部１ｂまで移動する際、配列
不良ボール除去用ノズル２７上を通過するときに該ノズ
ル２７によって配列板３０至近位置を吸引され、これに
よりボール配列不良が除去される。さらに、ボール搭載
ヘッド２３が配列検査用カメラ２８上をＹ方向に往復運
動し、配列検査用カメラ２８がＸ方向に移動して配列板
３０の配列面全域のボール吸着状態を検査する。この検
査時に配列不良が発見された場合には再吸着するか、あ
るいは全ボール除去もしくは部分的除去を行なう等の選
択が可能である。

【００３４】つぎに、ボール搭載ヘッド２３は、ボール
搭載位置合せ部１ｂで待機しているウェハ搬送ステージ
２上に移動する。このときウェハ搬送ステージ２のステ
ージカメラ３によってボール搭載ヘッド２３の配列板３
０のアライメントマークを認識し、位置合せが行なわれ
る。そしてボール搭載ヘッド２３を降下させることによ
り、配列板３０に吸着されている導電性ボールＢが、フ
ラックスが塗布されたウェハＷの電極部に搭載される。
なお、ボール搭載ヘッド２３は、ウェハＷに接触する際
の接触荷重が導電性ボールの種類等に応じて制御可能に
構成されている。これにより導電性ボールＢをウェハＷ
に対して最適荷重で接触させ、導電性ボールＢをつねに
適正かつ円滑に搭載することができる。

【００３５】ボール搭載後、配列検査用カメラ２８によ
ってボール搭載後の配列板３０に搭載もれが残存するか
どうかを検査する。搭載もれがある場合には残存するボ
ールを配列不良ボール除去用ノズル２７によって吸引除
去する。

【００３６】この後、ウェハ搬送ステージ２は搬送ライ
ンＬに沿ってガイドレール１上を移動し、ウェハＷの受
渡し位置まで戻る。ウェハ搬送ステージ２上のウェハＷ
は、ハンドリングユニット４によってウェハ収納カセッ
ト８に収納される。なお、ボールの搭載もれが発生した
場合、配列不良を含むウェハＷをさらに別の収納カセッ
トに収容し、良品と区別するようにしてもよい。

【００３７】なお、上記実施形態においてボールの配列
検査時に配列不良が発見された場合に全部を捨てて再吸
着する場合、ボール搭載ヘッド２３の配列面全域をカバ
ー可能な大きさ寸法を有するトレーを用いることができ
る。かかるトレーを配列不良ボール除去用ノズル２７の
背後の空きスペースからＸ方向に移動するとともに、ボ
ール搭載ヘッド２３がそのトレーの真上に位置するよう
にＹ方向に移動するようにする。両者の位置が完全に合
った時点でボールを除去し、トレーをもとの位置に復帰
させる。

【００３８】また、上記実施形態において、フラックス
供給台１６あるいはボール供給装置２４に対して、適宜
のタイミングでフラックスまたはボールをそれぞれ自動
供給する自動供給機を設けてもよい。

【００３９】なお、ここで図９に示すように、第１のラ
インＬ１および第２のラインＬ２に沿ってガイドレール
１４および２２を背中合わせに配置してもよい。このよ
うに配置構成することで装置の省スペース化を図ること
が可能になる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、こ
の種の装置において導電性ボールを一括で転写接合する
工程を円滑かつ適正に行なうことができ、大型のウェハ
単位での処理が可能になるため、極めて高い生産効率を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態における装置の概略構成を示
す平面図である。

【図２】本発明の実施形態におけるウェハの例を示す平
面図である。

【図３】本発明の実施形態における装置の全体構成を示
す斜視図である。

【図４】本発明の実施形態におけるウェハ受渡し部まわ
りの平面図である。

【図５】本発明の実施形態におけるウェハ受渡し部まわ
りの側面図である。

【図６】本発明の実施形態におけるフラックス転写ヘッ
ドの構造例を示す側面図である。

【図７】本発明の実施形態における第１のラインの配置
構成例を示す図である。

【図８】本発明の実施形態におけるボール搭載ヘッドの
構成例を示す図である。

【図９】本発明の実施形態におけるガイドレールまわり
の変形例を示す図である。

【符号の説明】

１,１４,２２ガイドレール２ウェハ搬送ステージ３ステージカメラ４ハンドリングユニット５アーム７，８ウェハ収納カセット９１次アライメントユニット１０２次アライメントユニット１１照明装置１５フラックス転写ヘッド１６フラックス供給台１８フラックスクリーニング台１９フラックス転写板２０突起部２１ベース部２３ボール搭載ヘッド２４ボール供給装置２５ボールトレー２６加振機２７配列不良ボール除去用ノズル２８配列検査用カメラ２９吸引機構３０配列板３１加振装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者下川健二富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者巽宏平富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者新妻和生石川県金沢市大豆田本町甲58番地澁谷工業株式会社内Ｆターム(参考） 5E319 BB04 CC33 CD22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性ボールを配列板に配列した後、そ
のボールを接合すべき接合対象物に対して前記導電性ボ
ールを搭載するボール搭載装置であって、前記導電性ボールの供給部、ボール配列検査部、配列不
良ボールの排出部およびボール搭載位置合わせ部が第１
の線上に配置されるとともに、この第１の線に沿ってボ
ール搭載ヘッドが往復移動可能に設置され、前記第１の線と並置する第２の線上にフラックス供給部
およびフラックス転写位置合わせ部が配置されるととも
に、この第２の線に沿ってフラックス転写ヘッドが往復
移動可能に設置され、前記第１および第２の線と交わる位置に前記導電性ボー
ルが搭載される前記ボール接合対象物を搬送するガイド
が設置されていることを特徴とする導電性ボール搭載装
置。
【請求項２】配列された導電性ボールの検査装置が、
前記第１の線に交わる線上を往復移動可能に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の導電性ボール搭載装
置。
【請求項３】前記第１の線上に配列不良ボールを除去
するためのボール除去機構が配置されていることを特徴
とする請求項１または２に記載の導電性ボール搭載装
置。
【請求項４】前記ボール搭載ヘッドに加振装置が付設
されている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搭載装置。
【請求項５】前記加振装置が超音波振動装置であるこ
とを特徴とする請求項４に記載の導電性ボール搭載装
置。
【請求項６】前記フラックス転写ヘッドは、前記接合
対象物としての基板あるいは半導体ウェハのフラックス
塗布部位に対応する突起が形成されたフラックス転写板
を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項
に記載の導電性ボール搭載装置。
【請求項７】前記フラックス転写板の少なくとも突起
部およびベース部のいずれかが弾性体からなることを特
徴とする請求項６に記載の導電性ボール搭載装置。
【請求項８】前記フラックス転写ヘッドおよびボール
搭載ヘッドはそれぞれ、前記接合対象物に接触する際に
荷重制御可能であることを特徴とする請求項１〜７のい
ずれか１項に記載の導電性ボール搭載装置。