JP2022115105A - バンプ形成装置、バンプ形成方法、ハンダボールリペア装置、及び、ハンダボールリペア方法 - Google Patents

バンプ形成装置、バンプ形成方法、ハンダボールリペア装置、及び、ハンダボールリペア方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、極微細はんだバンプ形成において、信頼性の高いはんだ付け装置及び方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のバンプ形成装置は、基板上に形成された電極パッド上に、ハンダボールを供給するバンプ形成装置であって、供給されたハンダボールにプラズマを照射し、ハンダボールの酸化膜を除去するプラズマ発生装置と、ハンダボールにレーザーを照射し、ハンダボールを溶融するレーザー発生装置と、を備え、プラズマ照射手段によりハンダボールの酸化膜を除去すると同時に、レーザー照射手段によりハンダボールを溶融し、電極パッドにハンダバンプを形成することを特徴とする。【選択図】 図１４

Description

本発明は、半導体装置に使用されるパッケージ基板の電極製造工程において、基板上にハンダボールを搭載するバンプ形成装置及びバンプ形成方法、そして、形成される電極を検査して欠陥部分を補修（リペア）するハンダボールリペア装置及びハンダボールリペア方法に関する。
近年、半導体装置の電気的接続に、はんだを使用するバンプ形成技術が使用されている。例えば、高精度スクリーン印刷装置を使用し、基板の電極上にクリームはんだを印刷してリフローすることにより、１５０～１８０μｍピッチで直径８０～１００μｍのはんだバンプ電極を形成するクリームはんだ印刷法がある。
また、半導体装置の小型化・高性能化による電極微細化に伴い、微細な穴を高精度に加工した冶具にハンダボールを振込んで所定のピッチで整列させ、直接基板上に搭載してからリフローすることにより、ハンダバンプ電極を形成するボール振込み法がある。
こうした背景技術において、特開２０００－０４９１８３号公報（特許文献１）には、マスク上にエアーノズルからハンダボールを供給し、マスクを揺動及び振動させながら、所定の開口部にハンダボールを充填し、更に、ブラシやスキージの併進運動によって充填してから加熱する方法が開示されている。しかし、すべてのハンダボールが各バンプ形成位置に正しく搭載されるとは限らず、場合によっては搭載不良が発生することがある。
そこで、特開２００３－３０９１３９号公報（特許文献２）には、ハンダボールのリペア装置を設置し、不良ハンダボールを管部材で吸引し、除去した後、管部材に新たな良品ハンダボールを吸着させてから欠陥のあった部分に搬送及び再搭載して、レーザー光照射部により、管部材の内側からレーザー光を照射してハンダボールを溶融させて仮止めする技術が開示されている。
また、特開２００８－２８８５１５号公報（特許文献３）及び特開２００９－１７７０１５号公報（特許文献４）には、ハンダボールの印刷された基板の状態を検査し、不良状態に応じて補修を行う検査・リペア部からなるハンダボール印刷装置が開示されている。
また、特開２０１０－０１０５６５号公報（特許文献５）には、基板の電極パッド上に搭載されたハンダボールの状態を検査して、欠陥が検出された電極パッドにハンダボールを供給する修復用ディスペンサを備えたハンダボール検査リペア装置が開示されている。
また、ハンダボールを加熱するものとして、特許第３１７３３３８号（特許文献６）、特許第３８２２８３４号（特許文献７）、特許第５０９８６４８号（特許文献８）があり、プラズマを使用し酸化膜を除去するものとして、特開２０１５－１０３６８８号公報（特許文献９）があり、加熱溶融をレーザーで行うものとして、特開２００３－３０９１３９号公報（特許文献１０）がある。
特開２０００－０４９１８３号公報 特開２００３－３０９１３９号公報 特開２００８－２８８５１５号公報 特開２００９－１７７０１５号公報 特開２０１０－０１０５６５号公報 特許第３１７３３３８号 特許第３８２２８３４号 特許第５０９８６４８号 特開２０１５－１０３６８８号公報 特開２００３－３０９１３９号公報
現在、５Ｇ（第５世代移動通信システム）対応技術の実用化が始まっている。また、バンプ電極形成に用いられる、ハンダボール直径も７０～８０μｍから、３０～５０μｍ以下等へと極小サイズ化が進んでいる。５Ｇに使用される半導体装置の小型化・高速化・大容量化によるバンプ電極の極微細化に伴い、上記した特許文献で開示された技術や装置によりリフローを行った場合であっても、はんだ濡れ性や金属間化合物（ＩＭＣ）層などの問題から、はんだ付け欠陥や割れなど、はんだ接合界面の信頼性の低下やはんだバンプ電極における欠陥発生などが問題となっている。
特許文献２に開示されている技術では、リペア後に残存フラックスの量が少なくなっている確率が高く、リフロー時に、はんだ濡れ性が悪い場合、ハンダボールが溶けたときに電極パッド部に対するはんだ付けが不完全となる濡れ不良が発生する恐れがある。
また、特許文献３～５に開示されているハンダボール印刷装置におけるハンダボール検査リペア装置、及び、特許文献６～１０に開示されている技術では、リフロー後に再検査し、ハンダボールを搭載し、リペアを実施した場合、新たに再供給するハンダボールにフラックスを塗布してあっても、先行して行われたリフロー工程の酸化作用により電極パッド部がダメージ（影響）を受けているため、はんだ付け欠陥が発生する確率が高い。また、通常のはんだ付けに比較すると、はんだ付け信頼性に問題が発生する可能性があった。
そこで、本発明は、基板の電極パッド上に発生したバンプ欠陥を検査して、欠陥電極部にハンダボールを再供給・リペアを行い、はんだ付けする装置を提供することを目的とする。また、極微細はんだバンプにおいて、リフロー後のバンプ電極の欠陥部位へのリペア・はんだ付けとして、信頼性の高いリペアはんだ付け装置及び方法を提供することを目的とする。また、極微細はんだバンプ形成において、信頼性の高いはんだ付け装置及び方法を提供することを目的とする。
上記した課題を解決するため、本発明のバンプ形成装置は、基板上に形成された電極パッド上に、ハンダボールを供給するバンプ形成装置であって、供給されたハンダボールにプラズマを照射し、ハンダボールの酸化膜を除去するプラズマ発生装置（プラズマ照射手段）と、ハンダボールにレーザーを照射し、ハンダボールを溶融するレーザー発生装置（レーザー照射手段）と、を備え、プラズマ照射手段から照射されるプラズマによりハンダボールの酸化膜を除去すると同時に、レーザー照射手段から照射されるレーザーによりハンダボールを溶融し、電極パッドにハンダバンプを形成することを特徴とする。
また、本発明のバンプ形成方法は、基板上に形成された電極パッド上に、ハンダボールを供給するバンプ形成方法であって、電極パッドにハンダボールを供給後、ハンダボールにプラズマを照射すると共に、レーザーを照射し、ハンダボールの酸化膜を除去すると同時に、ハンダボールを溶融して、電極パッドにハンダ付けすることを特徴とする。
また、本発明のハンダボールリペア装置は、基板の電極パッド上に形成されたハンダバンプの状態を検査して、欠陥が検出された電極パッドにハンダボールを供給する修復用ディスペンサを備え、修復用ディスペンサによって供給されたハンダボールにプラズマを照射し、ハンダボールの酸化膜を除去するプラズマ発生装置と、ハンダボールにレーザーを照射し、ハンダボールを溶融するレーザー発生装置と、を備え、ハンダボールの酸化膜を除去すると同時に、ハンダボールを溶融し、電極パッドにハンダバンプを形成することを特徴とする。
また、本発明のハンダボールリペア方法は、基板の電極パッド上に形成されたハンダバンプの状態をハンダボール検査工程によって検査し、ハンダボール検査工程によって欠陥が検出された電極パッドに修復用ディスペンサによってハンダボールを供給し、修復用ディスペンサによって欠陥が検出された電極パッドにハンダボールを供給後、ハンダボールにプラズマを照射すると共に、レーザーを照射し、ハンダボールの酸化膜を除去すると同時に、ハンダボールを溶融して、前記電極パッドにハンダ付けすることを特徴とする。
本発明により、基板の電極パッド上に発生したバンプ欠陥を検査して、欠陥電極部にハンダボールを再供給・リペアを行い、はんだ付けする装置を提供することができる。また、極微細はんだバンプにおいて、リフロー後のバンプ電極の欠陥部位へのリペア・はんだ付けとして、信頼性の高いリペアはんだ付け装置及び方法を提供することができる。また、極微細はんだバンプ形成において、信頼性の高いはんだ付け装置及び方法を提供することができる。
なお、上記した以外の課題、構成及び効果については、実施例の説明により明らかにされる。
フラックス印刷およびハンダボール搭載・印刷工程を示す概略図である。 フラックス印刷からハンダボール検査リペアまでの工程を説明する概略図である。 バンプ形成の工程を示すフローチャートである。 ハンダボール供給ヘッドの全体構造を示す側面図である。 ハンダボール搭載・印刷動作を説明する概略図である。 ハンダボール搭載・印刷後の基板の状態例を示す平面図である。 ハンダボール搭載・印刷後の代表的な欠陥例を示す概略図である。 ハンダボール搭載・印刷後のリペア作業について説明する概略図である。 検査リペア装置の概略構成について説明する平面図である。 修復用ディスペンサの構成を示す側面図である。 修復用ディスペンサの先端部におけるハンダボールの吸着分離動作を説明する拡大図である。 本発明の実施例であるプラズマレーザーリペアシステムを示す外見図である。 プラズマレーザーリペア装置を説明する説明図である。 プラズマレーザーリペアヘッド部を説明する説明図である。 プラズマレーザーリペア動作を示すフローチャートである。 実施例２のプラズマレーザーヘッド部を説明する説明図である。 実施例２のプラズマレーザーヘッド部の原理を説明する説明図である。 実施例２のプラズマレーザーヘッド部の構成を説明する説明図である。 実施例２におけるパルス照射を説明する説明図である。
以下、図面を使用して、本発明の実施例による装置及び方法の好適な実施の形態について説明する。
図１に、フラックス印刷およびハンダボール搭載・印刷工程の概要を示す。
図１(ａ)に示すように、まず、基板２１の電極パッド２２上に所定量のフラックス２３をスクリーン印刷法により転写する。本実施例では、スクリーン２０には高精度なパターン位置精度を保障できるように、アディティブ法で製作したメタルスクリーンを使用している。スキージ３としては角スキージ、剣スキージ、および平スキージの何れを用いても良い。まず、フラックス２３の粘度・チクソ性に応じたスクリーンギャップ、印圧、およびスキージ速度等の条件を設定する。そして、設定された条件でフラックスの印刷を実行する。
印刷されたフラックス２３の量が少ない場合、ハンダボール充填時にハンダボールを電極パッド２２上に付着することができない恐れがある。またリフロー時のハンダ濡れ不良の要因となり、綺麗な形状のバンプが形成できず、バンプ高さ不良やハンダ接続強度不足の要因ともなる。
反対にフラックスの量が多過ぎる場合、ハンダボール搭載・印刷時にスクリーンの開口部に余分なフラックスが付着すると、ハンダボールがスクリーンの開口部に付着してしまい、ハンダボールが基板上に転写できなくなる。このようにフラックス印刷は、ハンダボール搭載における品質を維持するために非常に重要なファクターである。
次に、図１(ｂ)に示すように、フラックス２３が印刷された基板２１の電極パッド２２上にハンダボール２４を搭載・印刷する。本実施例では、直径約３０μｍのハンダボールを使用する。なお、ハンダボールは半導体装置の小型化・高速化・大容量化によるバンプ電極の極微細化に伴い、その直径も２５μｍ～３０μｍと、極小サイズ化が進んでいる。
ハンダボール２４の搭載において使用するスクリーン２０ｂには、高精度なパターン位置精度を保障できるようにアディティブ法で製作したメタルスクリーンを使用する。
スクリーン２０ｂの材質にはたとえばニッケルのような磁性体材料を使用する。それによって、スクリーン２０ｂは、ステージ１０に設けてある磁石１０ｓから磁力で吸引され、基板２１とスクリーン２０ｂとの間のギャップをゼロにすることができる。したがって、ハンダボール２４が基板２１とスクリーン２０ｂの間に潜り込み余剰ボールを発生させるという不良を防止できる。
また、スクリーン２０ｂの裏面には樹脂製または金属製の微小な支柱２０ａを設けている。これにより、フラックス２３がにじんだ場合の逃げ部を構成している。したがって、フラックス２３を印刷した基板２１がスクリーン２０ｂに密着した時に、フラックス２３のにじみがスクリーンの開口部内に付着するのを防止できる。
基板２１のコーナー４点には位置決めマーク（図示せず）が設けてある。基板２１上の位置決めマークとスクリーン２０ｂ側の位置決めマーク（図示せず）をカメラ１５ｆ（図２参照）により視覚認識し、高精度に位置合わせする。それにより、所定の電極パッド２２上にハンダボール２４を高精度に供給することが可能になる。
スクリーン２０ｂ上に示したスリット状体６３は、ハンダボールを供給するための充填ユニット（図４参照）を構成する一要素である。スリット状体６３を揺動させながら充填ユニットが矢印６０Ｖ方向に移動することによって、ハンダボール２４が押し転がされ、スクリーン２０ｂの開口部２０ｄへ次々と充填されていく。
図２は、フラックス印刷からハンダボール検査リペアまでの工程の一実施例を示す概略図である。
図２に示す装置は、フラックス印刷部１０１、ハンダボール搭載・印刷部１０３、および検査・リペア部１０４を一体として構成したものである。各部はベルトコンベア２５で連結され、そのベルトコンベア２５により基板が搬送される。フラックス印刷部１０１およびハンダボール搭載・印刷部１０３には、作業のためのテーブル１０ｆ、テーブル１０ｂが設けてある。このテーブル１０ｆ、テーブル１０ｂを上下移動して基板の受け渡しと受け取りを行う。テーブル１０ｆ、テーブル１０ｂは水平方向（ＸＹθ方向）にも移動可能に構成してある。また、カメラ１５ｆ、カメラ１５ｂでスクリーン２０、スクリーン２０ｂと基板の位置合わせマーク（図示せず）を撮像することによって、スクリーン２０、スクリーン２０ｂと基板との位置合わせが行えるように構成してある。検査・リペア部１０４を通過した基板は次段の工程の図示しないリフロー部に送られ、加熱することにより、搭載されたハンダボールは溶融され、電極パッド上にはんだ付けされ、バンプが形成されることになる。
図３に、本実施例におけるバンプ形成工程のフローチャートを示す。
まず基板をフラックス印刷部に搬入する(STEP1)。その後、電極パッド上に所定量のフラックスを印刷する（STEP2）。次に、フラックス印刷後のスクリーン開口状況を検査する（STEP3）。検査の結果ＮＧ（不良）の場合、印刷装置内に備えた版下清掃装置にて自動的にスクリーン清掃を実施し、必要に応じフラックスを供給補充する。またＮＧとなった基板は、ハンダボール印刷以降の工程を実施しないように、ＮＧ信号と共に後工程のコンベア上で待機させライン外へ排出する。インラインのＮＧ基板ストッカー等を使用することによりマガジン一括で排出しても良い。ＮＧ基板はライン外の工程で洗浄実施後、再度フラックス印刷に使用可能となる（STEP4）。
良品基板に対してはハンダボール搭載・印刷を実施する（STEP5）。ハンダボール搭載・印刷が終了すると、版離れさせる前に、スクリーンの上方からスクリーン開口内におけるハンダボールの充填状況を検査する（STEP6）。その結果、充填不足の箇所があった場合、再度ハンダボール搭載・印刷動作を実行する（STEP7）。これにより、ハンダボールの充填率を向上させることができる。
STEP6の検査でＯＫとなったら、版離れを実施し（STEP8）、検査・リペア装置にてハンダボールの搭載状況を検査する（STEP9）。ハンダボール搭載状況の検査によりＮＧの場合は、フラックスを供給してから、不良箇所の電極パッド部にハンダボールを再供給する（STEP10）。搭載状況の検査によりＯＫの場合、次段の工程に配置した図示しないリフロー装置にてハンダボールを溶融し（STEP11）、ハンダバンプが完成する。
図４は、ハンダボール供給ヘッドの全体構造を示す側面図であり、ハンダボール搭載・印刷部における、ハンダボールを基板上に搭載するためのハンダボール供給ヘッド（充填ユニット）の構成を示す図である。
ハンダボール供給ヘッド６０は、筐体６１と蓋６４とシブ状体６２で形成される空間にハンダボール２４を収納するボールケースと、シブ状体６２の下方に間隔をあけて設けられたスリット状体６３とを備えている。シブ状体６２は、供給対象のハンダボール２４の直径に適合するように、網目状の開口あるいは連続した長方形状のスリット部等の開口を有する極薄の金属板で形成してある。シブ状体６２の下方には、スリット状体６３を配置し、スリット状体６３がスクリーン２０ｂと面接触するように構成してある。
また、蓋６４の上方に設けられた印刷ヘッド昇降機構４により、スクリーン２０ｂに対するスリット状体６３の接触度合い・ギャップを微調整することができる。スリット状体６３は磁性材料からなる極薄の金属板で形成してある。磁性材料を使用することで、磁石を設けたステージ１０からの磁力により、磁性材料で形成されたスクリーン２０ｂに対してスリット状体６３が吸着可能としたものである。スリット状体６３は、対象のハンダボール２４の直径およびスクリーン２０ｂの開口部２０ｄの寸法に適合するように、たとえば網目状の開口あるいは連続した長方形状のスリット部を有する。
さらに、ハンダボール供給ヘッド６０は、ボールケースに設けてあるシブ状体６２を水平方向に加振する水平振動機構を備えている。水平振動機構は、ボールケースの側面に対して平行な位置に形成した部材に加振手段６５を取り付け、その部材を取り付けた支持部材７０を蓋６４の上面に設けることにより構成した。この構成により、ボールケースをその側面側から加振手段６５により加振することで、シブ状体６２を振動させることができる。シブ状体６２を振動させることで、シブ状体６２に設けてあるスリット状の開口がハンダボール２４の直径より大きく開くことができる。これにより、ボールケースに収納したハンダボール２４が、シブ状体６２のスリット部からスリット状体６３上に落下する。
スリット状体６３上に落下させるハンダボール２４の数量、すなわちハンダボール２４の供給量は加振手段６５による加振エネルギーを制御することで調整できる。
加振手段６５は、エアーロータリー式バイブレータを用い、圧縮エアー圧力をデジタル制御により微調整することで振動数を制御できるものである。あるいは、圧縮エアー流量を制御して振動数を可変してもよい。加振手段６５により、シブ状体６２およびボールケースは、ボールケース内に収容されたハンダボール２４に振動を与え、ハンダボール２４間に働くファンデスワールス力による吸引力を相殺し分散させる。その分散効果によって、ハンダボール２４の材料や生産環境における温度・湿度の影響によりハンダボール供給量が変化することを防止できる。したがって、生産効率を考慮した調整が可能となる。
また、ハンダボール供給ヘッド６０には、ボールケースを水平方向に揺動するための水平揺動機構が設けてある。水平揺動機構は次のように構成されている。支持部材７０の上部にリニアガイド６７を設け、リニアガイド６７が移動できるようにリニアレールを設けた充填ヘッド支持部材７１が設けてある。この充填ヘッド支持部材７１には駆動用モータ６８が設けてあり、この駆動用モータ６８の軸に偏芯カム６６が取り付けられている。偏芯カム６６が回転すると支持部材７０が水平方向に移動（揺動）する構成となっている。
充填ヘッド支持部材７１はモータ支持部材２に支持されており、モータ支持部材２に対して左右方向には移動しないように構成してある。
すなわち、水平揺動機構は、駆動用モータ６８により偏芯カム６６を回転させることにより、任意のストローク量にてスリット状体６３に対して水平方向に揺動動作を与えるものである。スリット状体６３は、磁力によりスクリーン２０ｂに吸着された状態で揺動動作するので、スリット状体６３とスクリーン２０ｂの間には隙間が空かずに確実にハンダボール２４を転がすことが可能である。また、スリット状体６３の開口サイズにより、ハンダボール２４を確実にスリット状体６３の開口に補充しながら効率の良い充填動作が可能である。スクリーン２０ｂと揺動動作のサイクル速度は、駆動用モータ６８の速度を制御することで任意に可変でき、ラインバランスを考慮したハンダボール２４の充填タクトを設定することができる。また、ハンダボール２４の材料の種類、スクリーン２０ｂの開口、および環境条件に適合したサイクル速度を調整することで充填率を制御可能とした。
さらに、ハンダボール供給ヘッド６０にはヘラ状体６９を設けてある。ハンダボール供給ヘッド６０により基板２１上にハンダボール２４を供給した後に、スクリーン２０ｂを基板２１面から離す時、すなわち版離れを実施して基板上へハンダボールを転写する時に、スクリーン２０ｂの版面上にハンダボール２４の残りがあると、スクリーン２０ｂの開口部２０ｄを通してハンダボール２４が基板２１上に落下し、過剰ハンダボールが供給されてしまう原因となる。そのため、本実施例ではハンダボール供給ヘッド６０の進行方向にボールケースから間隔を空けて、ヘラ状体６９をスリット状体６３と略同じ高さに設けてある。ヘラ状体６９の先端は極薄で平坦精度の高い状態に研磨してあり、スクリーン２０ｂに密着した状態で、ハンダボール２４をハンダボール供給ヘッド６０の外部にはみ出さないようにしている。
また、ヘラ状体６９には磁性体材料を用い、スリット状体６３と同様に磁力でスクリーン２０ｂに密着するので、ハンダボール２４がハンダボール供給ヘッド６０の外部へはみ出してしまうことを防止できる。なお、ヘラ状体６９をボールケースの外周部全領域に設けるように構成してもよい。ヘラ状体６９によってスクリーン２０ｂの版面上のボール残りは極力少なくすることができる。
しかしながら、スクリーン２０ｂの版面の微小変位によるボール残りの影響はまだ考えられる。そこで、本実施例では、過剰ハンダボールによる不良をさらに少なくするために、ハンダボール供給ヘッド６０に、エアーカーテンを形成するための送風機構７５を設けた。
すなわち、印刷ヘッド昇降機構４を支持するモータ支持部材２に送風機構７５を設けて、充填ユニットの周囲にエアーカーテンを形成するようにしたものである。この送風機構７５には図示しない圧縮空気供給源から圧縮空気が供給されるように構成してある。送風機構７５を使用すると、ハンダボール供給ヘッド６０が基板端面方向へ移動する時に、はみ出たハンダボールを圧縮エアーによりハンダボール供給ヘッド６０の移動方向側へ押し転がす。したがって、版面上のハンダボール残りを防止できる。
次に、ハンダボールを基板上に搭載・印刷する動作について説明する。
図５はハンダボール搭載・印刷動作を説明する概略図である。ハンダボール搭載・印刷動作には、主にハンダボール供給ヘッド６０とスイーパ１３０が使用される。
まず、（１）に示すように、ハンダボール供給ヘッド６０は、基板２１の長手方向に移動しながら、水平振動機構によりボールケースを振動させ、スクリーン２０ｂの開口部にハンダボールを充填する。また、（２）に示すように、ハンダボール供給ヘッド６０は、水平揺動機構による揺動動作も併用して、ハンダボールを転がして確実に開口部に充填しながら、水平方向（矢印Ａ方向）に往復移動する。
スクリーン開口部へのハンダボール充填動作が終わると、ハンダボール供給ヘッド６０は（３）の矢印Ｂに示すように上昇する。その後、（４）の矢印Ｃに示すように基板２１の上方を長手方向に移動し、元の位置に戻ったら矢印Ｄに示すようにスクリーン２０ｂに接する位置まで下降して停止する。
次に、スイーパ１３０によるスイープ動作について説明する。
スイーパ１３０は、上記充填動作後に意図せずスクリーン上に残ってしまったハンダボールを履き集めるためのものである。スイーパ１３０の底部には、図５に示すように、複数のスキージ１３１が形成されている。スキージ１３１は、スイーパ１３０の動作進行方向とは逆方向に一定角度傾けて取り付けられている（細部は図示せず）。スキージ１３１がスクリーン上を移動しその表面をなでることによって、スクリーン上のハンダボールをほうきのように掃いて集めることができる。
ハンダボール供給ヘッド６０による充填動作が終了すると、（５）に示すように、スイーパ１３０がスクリーン２０ｂに接した状態で矢印Ｅに示す水平方向に移動する。すなわち、スイーパ１３０の底部に取り付けられた複数のスキージ１３１が、スクリーン２０ｂの上面に沿って水平方向に進行する。このとき、スクリーン２０ｂ上に残っているハンダボールが履き集められて、スクリーン２０ｂの空いている開口部へ落とし込まれる。これによって、後述する図６、７に示すようなボール無し不良をなくすことができる。さらに、スクリーン２０ｂ上のハンダボールをすべて履き出して、最終的にスクリーン２０ｂ上に余剰ハンダボールが残っていない状態にする。
スイーパ１３０は、スクリーン２０ｂにおける開口部の存在する端部付近まで移動すると、矢印Ｆに示すように一旦上昇する。その後、（６）の矢印Ｇに示すように基板２１の上方を長手方向に戻り、矢印Ｈに示すように再びスクリーン２０ｂに接する位置まで下降する。その後さらに同様なスイープ動作を繰り返す。このスイープ動作は、スクリーン２０ｂ上のハンダボールが完全に一掃されるまで数回にわたって実行される。また、場合によっては、（７）の矢印Ｉに示すように、スクリーン２０ｂ上の一部分に限定したスイープ動作を他の部分に移動しながら連続して実行してもよい。
以上のスイープ動作により、空いているすべての開口部へハンダボールを充填することができるので、ボール無し不良をなくすことが可能になる。また、最終的にスクリーン２０ｂ上の余剰ハンダボールがすべて残らず履き出されるので、スクリーン２０ｂを基板２１から分離するときに、スクリーン２０ｂの開口部に余剰ハンダボールが入り込んでしまうことを防止できる。したがって、後述する図６、７に示すようなダブルボール不良をなくすことができる。
図６に、ハンダボール搭載・印刷後における、基板上のハンダボール充填状況の例を示す。
基板２１をカメラで撮像した場合、ハンダボールが全ての電極部に対して良好に充填されると、（ａ）に示すような状態を観察することができる。（ｂ）は、ハンダボールの一部の充填が不完全な状態（ボール無し不良）を示す。（ｃ）は、ハンダボール同士が吸着したダブルボール状態、および余剰ハンダボールが電極部からはみ出している状態を示す。
図７はハンダボール搭載・印刷後の代表的な欠陥例を示している。図７に示すように、ハンダボール充填不良の例として、たとえば、ハンダボールが充填されていない「ボール無しの状態」、近接するハンダボール同士が重なった「ダブルボールの状態」、およびハンダボールが電極部のフラックス塗布位置からずれた「位置ずれボールの状態」を挙げることができる。
これらの状態で基板を後工程(リフロー工程)に流してしまうと、不合格品が生産されることになる。そこで基板上の充填状況を検査し、前記の充填ユニット（ハンダボール供給ヘッド）により搭載・印刷動作をリトライすることで、不良品を良品に修正することが可能になる。この検出には、良品モデルと比較するパターンマッチングにて判定が可能である。ハンダボール搭載・印刷後に、充填ユニットに取り付けたラインセンサカメラ（図示せず）にてエリア単位で一括認識を行う。もしＮＧであれば再度ハンダボール搭載・印刷を実行する。合格であれば、版離れ動作を実行し、基板を後工程へ排出する。
図８は、ハンダボール搭載・印刷後の検査・リペア部でのリペア作業について説明する図である。
検査・リペア部では、まず、ハンダボール搭載・印刷が完了した後、基板上の充填状況をＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラで確認する。そして、不良が検出されると、不良箇所の位置座標を求める。ダブルボール、位置ずれボール、過剰ボールなどの不良の場合は、（１）に示すように、除去用ディスペンサである吸引用の真空吸着ノズル８６が、不良ハンダボール２４ｘの位置へ移動する。そして、不良ハンダボール２４ｘを真空吸着し、不良ボール廃棄ステーション（図示せず）へ移動させる。不良ボール廃棄ステーションでは、廃棄ボックス８３（図９参照）にボールを真空遮断により落下・廃棄する。
ハンダボール２４が供給されていない電極パッド部を検出した場合や、真空吸着ノズル８６で不良ハンダボールを取り除いた場合は、（２）に示すように、ハンダボール収納部８４に収納されている正常なハンダボール２４を、修復用ディスペンサ８７を用いて負圧により吸着する。そして（３）に示すように、正常なハンダボール２４を吸着した修復用ディスペンサ８７は、ハンダボール収納部８４からフラックス供給部８５に移動する。（４）に示すように、フラックス供給部８５に蓄えられているフラックス２３に、ハンダボール２４を吸着した修復用ディスペンサ８７を移動して、ハンダボール２４をフラックス２３に浸漬する（又は、ハンダボール２４にフラックス２３を付着する）ことで、ハンダボール２４にフラックス２３を添加する。その後、（５）に示すように、ハンダボール２４を吸着した修復用ディスペンサ８７を、基板上の欠陥のあった箇所に移動する。最後に（６）に示すように、欠陥部にハンダボール２４を供給する。上記の（１）～（６）の工程でリペア作業が完了する。
上記工程で、除去用ディスペンサをフラックス供給用ディスペンサとして兼用できるようにして、不良ハンダボールを除去した後に、欠陥部分にフラックスを供給する方法も実施できる。この場合、新規のハンダボールを供給時に、フラックスを付着させる工程を行なわなくてよい。
なお、前述の検査で、位置ずれボールなどの不良ボールを取り除いた場合は、上述のリペア作業で正常なハンダボールを正しい位置に補給して欠陥を修復することが可能である。
図９は、検査リペア装置の概略構成について説明する図であり、検査・リペア部を１つの独立した装置として上から見た平面図である。
図９に示すように、搬入コンベア８１から検査対象の基板２１が搬入されると、検査部コンベア８２上に受け渡され、矢印Ｊ方向に搬送される。検査部コンベア８２の上部には門型フレーム８０が設けてある。門型フレーム８０の搬入コンベア８１側には、基板搬送方向(矢印Ｊ方向)に対して直角方向にラインセンサ７９が配置してある。このラインセンサ７９によって、基板２１上の電極パッド２２に印刷したハンダボール２４の状態を検出する。なお、ここでは、ハンダボールの状態検出器としてラインセンサ７９を設けた構成にしたが、撮像用カメラを設けて、門型フレーム８０の長手方向に移動し、ハンダボールの状態を撮像して欠陥を検出する構成としてもよい。
門型フレーム８０を支持する一方の足側には、正常なハンダボールを収納したハンダボール収納部８４と、フラックス供給部８５が設けてある。また他方の足側には、廃棄ボックス８３が設けてある。門型フレーム８０には、不良ハンダボールを吸引除去するための除去用ディスペンサである真空吸着ノズル８６と、基板上の欠陥を補修するための修復用ディスペンサ８７とが、リニアモータにより水平方向（矢印Ｋ方向）に移動可能に設けてある。
検査部コンベア８２は、矢印Ｊ方向およびその逆方向に往復動できるように構成されており、基板２１の欠陥位置に応じて、修復用ディスペンサ８７や真空吸着ノズル８６の位置に欠陥位置を合わせることができるように構成してある。検査・リペアの終了した基板２１は搬出コンベア８８によって搬出され、リフロー装置に送られる。上記の構成により、図８で説明した動作で検査リペアを行うことが可能となる。
図１０は修復用ディスペンサの構成を示す側面図であり、図１１は修復用ディスペンサの先端部におけるハンダボールの吸着分離動作を説明する拡大図である。
図１０に示すように、修復用ディスペンサ８７には、ハンダボールを保持して移動させるためのたとえばプラスチック製の吸着ノズル９０が形成されている（ただし材質はプラスチック製に限定されるわけではない）。吸着ノズル９０は先端部９８から上方に向かってテーパー状に施されている。すなわち、吸着ノズル９０は先端部９８から基端部９９に向かって幅が拡大していく形状になっている。吸着ノズル９０内には貫通穴９２が形成されている。
図１１に示すように、貫通穴９２もまた（吸着ノズル９０の形状ほどではないが）上方に向かってテーパー状に形成されている。すなわち、貫通穴９２は上部になるほど太く、下部になるほど細くなるように形成されている。なお詳細には、貫通穴９２の下端に設けた開口端部９２ａの内径が、後述の心棒９１の外径と略同一になるように、貫通穴９２を形成する。貫通穴９２の内部空間には、図示しない負圧印加機構により負圧が施されるようになっている。
吸着ノズル９０はノズル支持枠９４にボルト等により固定されている。ノズル支持枠９４は駆動部９６に連結されている。そのため、吸着ノズル９０は駆動部９６とともに上下方向に自在に移動できるようになっている。
吸着ノズル９０内の貫通穴９２には、心棒９１がシール部材（図示せず）を介して挿入、保持されている。心棒９１は、たとえば直径約１０μｍの円柱状の金属製の棒であり、強度が大きく帯電しにくい材質からなる（ただし心棒９１の形状（直径）と材質は上記に限定されず、ハンダボール２４の直径よりも小さいことが好ましい）。貫通穴９２の開口端部９２ａの部分を除いて、心棒９１の外径は貫通穴９２の内径よりも小さく、心棒９１は吸着ノズル９０の軸方向に自在に上下動できるようになっている。心棒９１の上端部９１ａは支持部材９３に固定されている。支持部材９３はモータ９５に連結しており、心棒９１とともに上下方向に自在に移動できるようになっている。
支持部材９３と駆動部９６とはリニアレール９７を介して接続されているので、支持部材９３と駆動部９６とはそれぞれ独立して上下動できるようになっている。すなわち、支持部材９３に取り付けられた心棒９１と、駆動部９６に連結した吸着ノズル９０はそれぞれ独立して上下動が可能である。
このように、上記の支持部材９３、ノズル支持枠９４、モータ９５、駆動部９６、リニアレール９７等で駆動機構を構成している。
支持部材９３が下降、または吸着ノズル９０が上昇すると、図１０（ｂ）に示すように支持部材９３の下端面と吸着ノズル９０の上端面とが当接する。この当接状態で、心棒９１の下端部９１ｂが吸着ノズル９０の先端部９８から下方向に突出する。上記機能を実現するために、心棒９１の全長Ａは吸着ノズル９０の全長Ｂよりも長くなるように構成されている。
なお、図１１に拡大して示すように、吸着ノズル９０の先端部９８はハンダボール２４を保持しやすいように、テーパー溝の形状に加工されている。吸着ノズル９０の先端部９８がテーパー溝の形状に加工されていることにより、ハンダボール２４を真空吸着したときに、ハンダボール２４がテーパー溝内にぴったりと良好にフィットし、ハンダボール２４が先端部９８から容易にはずれにくくなる。なお、先端部９８の溝部の形状を、ハンダボール２４の形状と同様な球状とすることにより、さらに良好な吸着が可能になる。しかしながら、先端部９８の形状は上記に限定されるものではない。
次に、上記のように構成された修復用ディスペンサによるハンダボールの欠陥リペア動作を説明する。
最初に、修復用ディスペンサ８７の吸着ノズル９０で、補修するための新規ハンダボール２４（直径約３０μｍ）を吸着する。このとき、吸着ノズル９０内には貫通穴９２を介して負圧が供給されるので、ハンダボール２４は吸着ノズル９０の先端部９８に真空吸着される。図示はしないが、心棒９１が挿入されている貫通穴９２の上部から負圧が洩れないような構造が施されている。またこのとき、図１０（ａ）に示すように、心棒９１は吸着ノズル９０の先端部９８から内側（上方）に引っ込んでいる状態になっている。
この吸着状態で、ハンダボール２４を欠陥箇所の電極パッド１２０上方に搬送し、修復用ディスペンサ８７を電極パッド１２０方向に降下させて、図１１（ａ）に示すように、電極パッド１２０上のフラックス１２１内にハンダボール２４を載置する。
次に、モータ９５を駆動して、心棒９１の下端部９１ｂがハンダボール２４に当接するまで、心棒９１を吸着ノズル９０の貫通穴９２を通って降下させる。それによって、図１１（ｂ）に示すように、心棒９１がハンダボール２４を電極パッド１２０に対して押し付けることになる。前記のように心棒９１の外径と貫通穴９２の開口端部９２ａの内径とは略同一なので、心棒９１の移動過程において、心棒９１が貫通穴９２の開口端部９２ａをふさぐ状態になる。そのために、貫通穴９２内の隙間が狭少状態になり、負圧力が作用していても、それによる真空吸着（負圧）力が小さくなり、ハンダボール２４は吸着ノズル９０から分離自在になる。
したがって、上記構成によれば負圧を遮断するための真空ポンプ弁を別途設ける必要がなく、コスト削減につながる。
次に、図１０（ｂ）に示すように心棒９１でハンダボール２４を電極パッド１２０に押さえ付けた状態で、図１１（ｂ）に示すように吸着ノズル９０を上昇させてハンダボール２４から分離する。
最後に、モータ９５を駆動して、心棒９１を再び上昇させてハンダボール２４から分離する。このとき、心棒９１とハンダボール２４との接触面積は非常に小さいので、たとえ静電気が発生しても無視できるほどに小さいため、心棒９１とハンダボール２４の分離は問題なくスムーズにおこなわれる。
以上のように、本発明の実施例によるハンダボール検査リペア装置（以下、ハンダボールリペア装置と呼称する場合がある）は、補修用ディスペンサ８７内に上下動できる心棒９１を設けて、ハンダボール２４を欠陥のあった部分に供給するときに、ハンダボール２４を心棒９１で物理的に電極パッド１２０側に押し付けながら、吸着ノズル９１を引き上げてハンダボール２４から引き離すようにしたことにより、ハンダボールを電極パッド上に効率よく確実に搭載できる。
また、ハンダボール搭載のためにたとえばレーザー光照射装置のような高価な装置を使用することなく、シンプルな構成で前記の機能を実現したので、装置の製造コストを低く抑えることが可能になる。
次に、本発明の実施例であるプラズマレーザーリペアシステムを説明する。図１２は、本発明の実施例であるプラズマレーザーリペアシステムを示す外見図である。
半導体装置の小型化・高速化・大容量化によるバンプ電極の極微細化に伴い、例えば、図２で示す検査・リペア部１０４により、はんだバンプ電極における欠陥などを検査し、修復した場合であり、そのリフロー後であっても、図７に示すような、ハンダボール充填不良、たとえば、ハンダボールが充填されていない「ボール無しの状態」、近接するハンダボール同士が重なった「ダブルボールの状態」、およびハンダボールが電極部のフラックス塗布位置からずれた「位置ずれボールの状態」が存在する場合がある。
これらの状態は、例え、ハンダボール充填不良が１つの場合であっても、不合格品であることから、そこで基板上の充填状況を再度（２回目）検査し、充填ユニット（ハンダボール供給ヘッド）により搭載動作を再々トライすることにより、不良品を良品に修復することが可能になる。この検出には、良品モデルと比較するパターンマッチングにて判定が可能である。
そこで、本実施例に示すプラズマレーザーリペアシステムは、リフロー装置を通過した基板を再度検査し、基板の電極パッド上に発生したバンプに欠陥がある欠陥電極部にハンダボールを再供給・再リペアを行い、はんだ付けする。そして、このような極微細はんだバンプにおいて、本実施例に示すプラズマレーザーリペアシステムは、リフロー後のバンプ電極の欠陥部位をリペア・はんだ付けする信頼性の高いリペアはんだ付け装置である。
本実施例に示すプラズマレーザーリペアシステムは、図２で示す検査・リペア部１０４の後工程、及び図示されないリフロー装置の後工程に設置される。なお、このプラズマレーザーリペアシステムは、図２で示す検査・リペア部１０４の後工程やリフロー装置の後工程に設置されることに限定されず、このシステム単体で設置してもよい。なお、このプラズマレーザーリペアシステムを、オフライン等にて、システム単体で設置する場合を、便宜上、バンプ形成装置と呼称し、この装置を使用し、バンプを形成する方法を、便宜上、バンプ形成方法と呼称する場合がある。なお、バンプ形成装置は、基板に形成される複数の電極パッドの各々にハンダボールを搭載し、ハンダボールをリフローすることにより、電極パッド上にバンプを形成するものである。
なお、本実施例では、図２で示す検査・リペア部１０４の後工程に位置するリフロー部の次段の工程に設置されるものとして説明する。この際、プラズマレーザーリペアシステムの設置に際しては、オンラインであっても、オフラインであってもよい。つまり、リフロー後に欠陥部位が検出されたバンプ電極が存在する基板を、オンラインでこのプラズマレーザーリペアシステムに流通させても良く、また、リフロー後に欠陥部位が検出されたバンプ電極が存在する基板を、ストックし、オフラインでこのプラズマレーザーリペアシステムに流通させても良い。なお、本実施例では、オフラインの場合を説明する。
なお、プラズマレーザーリペアシステムが図２で示す検査・リペア部１０４の後工程に位置するリフロー部の次段の工程にされる、すなわちオンラインの場合、欠陥部位が検出されない基板は、このプラズマレーザーリペアシステムを単に通過するよう各部を制御するようにしてもよい。この場合、装置の一連の、いわゆる製造ライン構成を単純化することができる。
プラズマレーザーリペアシステムは、基板（リフロー後に欠陥部位が検出されたバンプ電極が存在する基板）を搬入する搬入ステージ（ＢＦ（ＬＤ））と、リフロー後の基板に対して検査・リペア作業を実行する検査・リペアユニット（ＩＲ）と、リペアされたハンダボールを電極バッドに固着（はんだ付けや溶着）するレーザーリペアユニット（ＬＲ）と、修復された基板を搬出する搬出ステージ（ＢＦ（ＵＬＤ））と、を有する。制御ユニット（制御部（以下ＣＯＮ）又は制御手段）は、これら搬入ステージ（ＢＦ（ＬＤ））、検査・リペアユニット（ＩＲ）、レーザーリペアユニット（ＬＲ）及び搬出ステージ（ＢＦ（ＵＬＤ））の全体を所定の状態に制御する制御ユニットである。
なお、図２に示す装置、すなわちフラックス印刷部１０１、ハンダボール搭載・印刷部１０３、および検査・リペア部１０４も同様に図３で示すような一連の制御フローで制御されるが、この一連の制御フローとＣＯＮとは、個別の制御装置を、専用の通信手段等で接続し連携を取ってもよいが、一体の制御装置として構成してもよい。（一連のシステムの構成図の図１２を参照）。勿論、図２に示すフラックス印刷部１０１、ハンダボール搭載・印刷部１０３、および検査・リペア部１０４、次段の工程に配置される図示しないリフロー部、及び図１２に示す搬入ステージ（ＢＦ（ＬＤ））、検査・リペアユニット（ＩＲ）、レーザーリペアユニット（ＬＲ）、搬出ステージ（ＢＦ（ＵＬＤ））を一連のシステムとして構成する場合には、これら全体を１つの制御装置で制御するようにしてもよい。
検査・リペアユニット（ＩＲ）は、例えば、図２で示す検査・リペア部１０４のようなハンダボールの状態を検査するハンダボール検査装置の機能も有し、ハンダボールの搭載状況を検査した結果、ハンダボール搭載状況の検査によりＮＧの場合（欠陥が検出された場合）は、ハンダボールにフラックスを供給してから、不良箇所の電極パッド部に、例えば、図１０に記載するような修復用ディスペンサを使用し、ハンダボールを再供給する。
そして、基本的な一例としては、図８に示す（１）～（６）の工程でリペア作業が実施される。また、装置構成としても、基本的な一例としては、図９及び図１０に示す装置構成が適用される。なお、この際、ハンダボールを再供給した位置データが取得され、この位置データは、検査・リペアユニット（ＩＲ）や、レーザーリペアユニット（ＬＲ）に専用の通信手段等で送信される等で、連携を取ってもよい。
次に、図１３を使用し、レーザーリペアユニット（ＬＲ）であるプラズマレーザーリペア装置を説明する。
プラズマレーザーリペア装置は、プラズマレーザーリペアヘッド部２００と、基板２１５を設置するアラインメントステージ２１６と、アラインメントステージ２１６を水平方向（ＸＹθ方向）に移動させるステージ移動軸２１８と、を有する。なお、プラズマレーザーリペアヘッド部２００は、水平方向（ＸＹθ方向）に移動可能としても良い。これにより、リペアされたハンダボール（ハンダボール位置）に、ピンポイント（局所的）に、プラズマとレーザーとを照射することができる。なお、プラズマにあっては、放出、放射とも表現することができるが、本実施例では、これらを含め、照射と称することとする。
そして、プラズマレーザーリペア装置は、検査・リペアユニット（ＩＲ）から送信される位置データに基づいて、アラインメントステージ２１６を水平方向（ＸＹθ方向）に移動させる。また、この位置データに基づいて、プラズマレーザーリペアヘッド部２００も移動させてもよい。
なお、実施例においてはアラインメントステージ２１６を水平方向（ＸＹθ方向）に移動させる場合について説明するが、プラズマレーザーリペアヘッド部２００をＸ方向、Ｙ方向に移動可能に構成し、アラインメントステージ２１６をθ方向に移動可能に構成してもよい。もしくはリペアヘッドが基板２１５を設置するステージと相対的にＸ方向、Ｙ方向、θ方向に移動するよう構成してもよい。
次に、図１４を使用し、プラズマレーザーリペアヘッド部２００を説明する。
プラズマレーザーリペアヘッド部（バンプ形成装置として意味合いも有する）２００は、リペアされたハンダボール位置に移動し、このハンダボールに対してピンポイントでスポット的に予熱をかけ、このハンダボールに対してプラズマを照射してハンダボールの酸化膜（例えば、厚さが数ｎｍから数μｍ程度）を除去（酸化還元）し、酸化膜（酸化被膜）を除去した後、レーザー（レーザー光）を照射して、局所的にリフローする。
プラズマレーザーリペアヘッド部２００は、ハンダボールに対してスポット的にレーザーを照射し、ハンダボールを加熱、溶融するレーザーユニット（レーザーヘッドやレーザー発生装置（レーザー照射手段の意味）と呼称する場合がある）２０５と、ハンダボールに対してスポット的にプラズマを照射するプラズマユニット（マイクロプラズマヘッドやプラズマ発生装置（プラズマ照射手段の意味）とも呼称する場合がある）と、ハンダボール（ハンダボールが配置された基板や電極パッド（例えば、銅パッド））に対してスポット的に予熱をかけるスポットヒータ２１０と、を有する。そして、少なくともレーザーユニット２０５とプラズマユニットとを固定するユニット固定板２１９を有する。
なお、本実施例では、例えば、赤外線などを使用するスポットヒータ２１０を使用し、スポット的に予熱をかけるが、基板２１５を事前に温め、所定の温度（例えば、１５０～１８０℃程度）までプレヒートするホットプレートを使用してもよい。
また、スポットヒータ２１０の代わりに、デフォーカスレーザーを使用し、ハンダボールの周辺に対して予熱をかけてもよい。デフォーカスレーザーは、ハンダボールの周辺を加熱するものであり、デフォーカスレーザーには、例えば、赤外線レーザーを使用することができる。なお、デフォーカスレーザーの焦点は、レーザーユニット２０５から照射されるレーザーの焦点よりも、大きいことが好ましい。
また、レーザーユニット２０５から照射されるレーザーは、パルス的（１５～２５ＫＨｚ、例えば、マイクロウエーブ）に照射されることが好ましい。ハンダボールにレーザーをパルス的に照射することにより、ハンダボールの酸化膜を効率的に除去することができる。これは、レーザーをパルス的に照射し、熱音響効果を使用し、その衝撃により、ハンダボールの表面に形成される酸化膜に効率的にひびを入れることができるためである。
また、プラズマレーザーリペアヘッド部２００は、ユニット固定板２１９を上下方向（Ｚ軸方向）に移動するためのアクチュエータ２０２と、アクチュエータ２０２を駆動するモータ２０１と、を有する。これにより、少なくともレーザーユニット２０５とプラズマユニットとは、上下方向に移動し、レーザーの照射方向とプラズマの照射方向とを搭載されたハンダボールに合致させることができる。そして、アクチュエータ２０２は、ヘッドフレーム２０３に固定される。
プラズマユニットは、プラズマを発生させる高周波電圧を印加するプラズマ電極２１３と、高周波電圧が印加され、電界を発生させるプラズマアンテナ２１１と、ガスが導入され、プラズマ放電管であるプラズマキャピラリ２１２と、発生するプラズマを射出するプラズマノズル２１４と、を有する。これにより、ハンダボールに対してスポット的にプラズマを照射することができる。なお、本実施例においては、プラズマ電極２１３と、プラズマアンテナ２１１と、プラズマキャピラリ２１２と、プラズマノズル２１４と、は、直線状に配置される。なお、これらの配置は任意であり、要はハンダボールに対してスポット的にプラズマを照射できる配置であれば、その限定はない。
そして、媒体ガスを使用してプラズマを発生させ、プラズマとなるガスとしては、本実施例では、重量％にて、アルゴン９７～９７.５％、水素３～２.５％の混合気体が使用される。なお、これらガスの種類、混合比率は任意であり、装置構成、あるいは照射対象となる電極パッド又はハンダボールによって、ガスの種類及びその混合比率は適正に選択すればよい。このガスは、プラズマ電極２１３側からプラズマキャピラリ２１２に導入される。なお、プラズマユニットは、電極パッド又は／及びハンダボールに対して、アルゴンガスを有するプラズマを照射することが好ましい。また、媒体ガスは、重量％にて、１～４％の水素成分を含むアルゴンガスであることが好ましい。
なお、この場合は、水素がラジカル化し、活性化され、ハンダボールの表面に形成される酸化膜を除去する。原理としては、酸化膜の酸素とこの水素とが結合し、水蒸気として、酸化膜が除去される。
また、レーザーユニット２０５は、ハンダボールの状態を観察する観察カメラ２０６と、レーザー光を導入するレーザー導光口２０７と、レーザー光の平行光を得るために収差補正するコリメートレンズ２０８と、平行光のレーザー光を集光する集光レンズ２０９と、を有する。なお、本実施例においては、観察カメラ２０６と集光レンズ２０９とは、直線状に配置され、レーザー導光口２０７とコリメートレンズ２０８と、観察カメラ２０６と集光レンズ２０９との直線状の軸に対して、垂直に配置される。
つまり、ハンダボールの状態を観察カメラ２０６により直線状に観察し、レーザー光は９０°屈折され、ハンダボールに照射される。これにより、ハンダボールに対してスポット的にレーザーを照射することができる。なお、この装置構成は一例であり、これらの配置構成に限定はない。また、装置構成として、観察カメラ２０６は、必ずしも必須ではない。
そして、プラズマユニットの直線状の軸と、レーザーユニット２０５の直線状の軸と、スポットヒータ２１０の軸とは、１つのハンダボールに向かうように、１点に集中することが好ましい。つまり、プラズマユニットのプラズマ照射軸（プラズマユニットの直線状の軸）とレーザーユニット２０５のレーザー照射軸（レーザーユニット２０５の直線状の軸）との交点（焦点）が、ハンダボールの略中心となる位置になるように、プラズマユニットとレーザーユニット２０５を配置し、また、この交点に、修復するハンダボールが配置されるように、基板の配置位置を制御する。勿論、基板配置位置の制御は相対的であり、プラズマレーザーヘッドを所定の位置となるよう移動制御してもよい。
レーザーユニット２０５のレーザー照射軸とプラズマユニットのプラズマ照射軸とのなす角度は、特に限定はないが修復するハンダボールに対してレーザー、プラズマを照射可能であればよく、装置構成あるいは修復するハンダボールの状態にもよるが、概ね０～１８０度で調整されることが好ましい。つまり、この角度が０度の場合は、レーザー照射軸とプラズマ照射軸とは同じ方向であり、例えば、レーザーとプラズマとが上方からハンダボールに照射されることを意味し、この角度が１８０度の場合は、レーザー照射軸とプラズマ照射軸とが対向し、例えば、ハンダボールに対して、左右方向からレーザーとプラズマとがそれぞれ照射されることを意味する。
なお、本実施例では、プラズマユニットの直線状の軸と、レーザーユニット２０５の直線状の軸と、スポットヒータ２１０の軸とは、それぞれ、Ｚ軸に対して、所定の角度を有して配置され、それぞれが９０°の角度をもって配置される。つまり、プラズマユニット、レーザーユニット２０５は、電極パッドに供給されたハンダボールに対して、略中心にプラズマやレーザーを照射する。
また、プラズマユニット、レーザーユニット２０５は、電極パッドに供給されたハンダボールの略上半分部分に、プラズマやレーザーを照射することが好ましい。つまり、プラズマやレーザーを、ハンダボールに対して、上方から照射することが好ましい。
なお、プラズマユニットの直線状の軸と、レーザーユニット２０５の直線状の軸と、スポットヒータ２１０の軸とは、必ずしもＺ軸に対して、所定の角度を有して配置されなくても良く、例えば、レーザーユニット２０５の直線状の軸をＺ軸と平行（Ｚ軸と同軸）にし、これに対して、プラズマユニットの直線状の軸とスポットヒータ２１０の軸とを所定の角度を有して配置させてもよい。また、プラズマユニットの直線状の軸やスポットヒータ２１０の軸もＺ軸と平行にしてもよい。また、レーザーユニット２０５の軸と、プラズマユニットの軸とは、平行であっても良く、また、これら軸が同軸であってもよい。
更に、プラズマレーザーリペアヘッド部２００は、レーザーユニット２０５の先端（基板側）から基板までの高さ（ＧＡＰ高さ）を測定する基板高さ変位計２０４や基板におけるハンダボール充填不良を観測するアラインメントカメラ２１７が設置されてもよい。なお、基板高さ変位計２０４やアラインメントカメラ２１７は、ユニット固定板２１９に固定されてもよく、スポットヒータ２１０もユニット固定板２１９に固定されてもよい。
これにより、アラインメントステージ２１６上に設置される基板２１５や基板２１５に配置されたハンダボールに対して、スポット的にレーザーを照射し、スポット的にプラズマを照射し、スポット的に予熱をかけることができる。
また、スポットヒータ２１０を使用し、スポット的に予熱をかけることにより、基板全体を予熱する必要がなく、基板に対する熱ダメージを抑制することができる。また、レーザーユニット２０５を使用し、スポット的にレーザーを照射することにより、基板全体に対してリフローする必要がなく、基板や健全なハンダボールに対する熱ダメージを抑制することができる。
つまり、本実施例は、ハンダボールにレーザーを照射するレーザーユニット２０５とハンダボールにプラズマを照射するプラズマユニットとを備えるハンダボールリペア装置やバンプ形成装置であり、プラズマとレーザーとを特定のハンダボールに共に又は同時に照射するものである。ここで、「共に」又は「同時に」照射とは、レーザー照射に対し、時間的に先立ってプラズマを照射することを含み、互いに照射している時間がオーバラップしていることである。
つまり、プラズマを照射してハンダボールの酸化膜を除去し、その後、レーザーを照射したのでは、プラズマによりハンダボールが活性化しているため、この時間差により、レーザーを照射するまでの間に、ハンダボールに酸化膜が形成されてしまうが、これらを共に又は同時に照射することにより、こうしたハンダボールに対する酸化膜の発生を抑制することができる。したがって、必ずしも、ハンダボールの酸化膜の除去処理は、窒素ガスなどの不活性ガスを処理室内に充満させ、不活性ガス雰囲気下で行う必要はない。本実施例では、プラズマレーザーリペア装置が設置される環境は、大気環境である。なお、本実施例は、プラズマレーザーリペア装置を覆い、覆われた内部を窒素環境とすることを妨げるものではない。
なお、プラズマレーザーリペアシステムは、ハンダボールに照射するプラズマユニットからのプラズマとハンダボールに照射するレーザーユニットからのレーザーとを同時に照射するよう制御ユニット（ＣＯＮ）で制御する。また、このＣＯＮは、修復用ディスペンサによって供給されたハンダボールへのレーザー照射に先立って、ハンダボールにプラズマを照射するよう制御する。また、このＣＯＮは、プラズマ照射とレーザー照射とに先立って、ハンダボールを予熱するスポットヒータ２１０により、ハンダボールを予熱するよう制御する。
また、ＣＯＮは、バンプ形成においても、プラズマユニットによるプラズマの照射とレーザーユニットによるレーザーの照射とを制御する制御ユニットであり、プラズマユニットによるプラズマの照射とレーザーユニットによるレーザーの照射とが同時に照射される時間帯を確保する（時間帯が存在する）よう制御する。また、ＣＯＮは、バンプ形成においても、レーザーユニットによるレーザーの照射に先立って、プラズマユニットによるプラズマの照射が行われるように制御する。更に、ＣＯＮは、バンプ形成においても、プラズマ照射とレーザー照射とに先立って、ハンダボールやハンダボールの周辺を予熱するよう制御する。
図１５に、プラズマレーザーリペア動作のフローチャートを示す。ＣＯＮは各部をこの動作のフローチャートに沿って適正に制御する。
まず、基板２１５をプラズマレーザーリペア装置の搬入ステージに搬入する(STEP1)。
その後、位置データを検査・リペアユニット（ＩＲ）から受信する（STEP2）。そして、基板２１５をアラインメントステージ２１６上に配置する（STEP3）。受信した位置データに基づいて、例えば、アラインメントステージ２１６を移動させ、基板２１５を所定の位置に配置する（STEP4）。
その後、配置が完了すると、モータ２０１を駆動し、アクチュエータ２０２を下方向（Ｚ軸方向）に移動させ、レーザーユニット２０５の先端が、設定されているＧＡＰ高さ（間隙高さ）になるように移動させる（STEP5）。このＧＡＰ高さを基板高さ変位計２０４にて確認する（STEP6）。このＧＡＰ高さに問題がない場合（ＯＫの場合）は、次のＳＴＥＰに進む。このＧＡＰ高さに問題がある場合には、アクチュエータ２０２を下方向に移動させ、レーザーユニット２０５の先端が設定されているＧＡＰ高さ（間隙高さ）になるように移動させ、再度、このＧＡＰ高さを基板高さ変位計２０４にて確認する。
ＧＡＰ高さを基板高さ変位計２０４にて確認し、問題がない場合には、スポットヒータ２１０により、ハンダボール（ハンダボールが配置された基板２１５や電極パッド）に対してスポット的に例えば１５０～１８０℃程度まで予熱をかける（STEP7）。そして、ハンダボール（ハンダボールが配置された基板２１５や電極パッド）の温度が、特に、基板２１５の温度が、設定される温度に到達しているか否かを、例えば図示していない温度計などにより確認する（STEP8）。なお、この温度が設定温度に到達している場合には、次のＳＴＥＰに進む。この温度が設定温度に到達していない場合には、スポットヒータ２１０により予熱し続ける。又は、スポットヒータ２１０の出力を増加し、温度上昇を促進する。そして、この温度が設定温度に到達したか否かを再度確認する。
また、ＧＡＰ高さを基板高さ変位計２０４にて確認し、問題がない場合には、プラズマユニットにより、ハンダボールに対してスポット的にプラズマを照射する（STEP9）。そして、ハンダボール及び／又は電極パッドが、酸化還元（ハンダボールの表面に形成される酸化膜が除去）されているか否かを、例えば、観察カメラ２０６によりか確認する（STEP10）。
この場合、ハンダボールの表面に形成される酸化膜が除去されるとハンダボールが紫色に輝いて見える。このことから、酸化膜が除去されていることを確認することもできる。なお、酸化還元が完了している場合には、次のＳＴＥＰに進む。酸化還元が完了していない場合には、プラズマを照射し続ける。そして、酸化還元が完了したか否かを再度確認する。なお、ここでは、電極パッドの酸化膜を除去し、その後、ハンダボールの酸化膜を除去する場合も含む。なお、観察カメラ２０６が設置されない場合には、酸化還元が完了する時間を予め設定し、その設定時間に基づいて、次のＳＴＥＰに進んでもよい。
基板２１５の温度が設定される温度に到達していること、及び、ハンダボールが酸化還元されていることを確認した後、レーザーユニット２０５により、ハンダボールにレーザーを照射し、ハンダボールの温度を例えば２５０℃程度まで２秒程度で上昇させ、ハンダボールを溶融し、電極パッドに固着（はんだ付けや溶着）する（STEP11）。これにより、ハンダボール充填不良をなくすことができる。
この後、修復され、ハンダボール充填不良がなくなった基板２１５を搬出ステージから搬出する（STEP12）。
このように、プラズマユニットが、ハンダボールに対して、プラズマを照射するプラズマ照射タイミングは、レーザーユニット２０５がハンダボールに対して、レーザーを照射するレーザー照射タイミングよりも早く、プラズマは、レーザーが照射されている間は、照射し続けられていることが好ましい。つまり、プラズマとレーザーとは共に又は同時に照射されている時間帯があることが好ましい。また、スポットヒータ２１０が、ハンダボールに対して、予熱をかける予熱タイミングは、レーザーユニット２０５がハンダボールに対して、レーザーを照射するレーザー照射タイミングよりも早く、予熱は、レーザーが照射されている間は、かけ続けられていることが好ましい。
つまり、共に又は同時に、ハンダボールにプラズマを照射し、ハンダボールにレーザーを照射し、ハンダボールの酸化膜を除去し、ハンダボールを溶融してハンダボールを電極パッドにハンダ付けする。なお、共に又は同時に、ハンダボールを予熱し、ハンダボールにプラズマを照射し、ハンダボールにレーザーを照射し、ハンダボールの酸化膜を除去し、ハンダボールを溶融してハンダボールを電極パッドにハンダ付けしてもよい。つまり、共に又は同時にとは、重なる時間帯を有することを意味する。
また、ハンダボールを設置する前に、電極パッドにプラズマを照射し、電極パッドの酸化膜を除去し、その後に、ハンダボールを設置し、ハンダボールにプラズマを照射し、ハンダボールの酸化膜を除去と、同時に、ハンダボールにレーザーを照射し、ハンダボールを溶融してハンダボールを電極パッドにハンダ付けてもよい。
このように、本実施例に記載するハンダボールリペア方法又はバンプ形成方法は、基板２１５の電極パッド上に形成されたハンダバンプの状態をハンダボール検査工程によって検査し、ハンダボール検査工程によって欠陥が検出された電極パッドに修復用ディスペンサによってハンダボールを供給する方法である。
そして、ハンダボールリペア方法又はバンプ形成方法は、修復用ディスペンサによって欠陥が検出された電極パッドにハンダボールを供給後、ハンダボールにプラズマを照射すると共に、レーザーを照射し、ハンダボールの酸化膜を除去すると同時に、ハンダボールを溶融して、ハンダボールを電極パッドにハンダ付けする。また、ハンダボールリペア方法又はバンプ形成方法は、修復用ディスペンサによって欠陥が検出された電極パッドにプラズマを照射して電極パッドの酸化膜を除去し、その後、この電極パッドにハンダボールを供給し、ハンダボールにプラズマとレーザーとを照射して、ハンダボールの酸化膜を除去しつつ、ハンダボールを溶融し、ハンダボールを電極パッドに固着（はんだ付けや溶着）する。
なお、バンプ形成装置又はバンプ形成方法は、基板２１上に形成された電極パッド２２上に、ハンダボール２４を供給すると考えることもできる。
これにより、基板の電極パッド上に発生したバンプ欠陥を検査して、欠陥電極部にハンダボールを再供給・リペアを行い、はんだ付けすることができる。また、極微細はんだバンプにおいて、リフロー後のバンプ電極の欠陥部位へのリペア・はんだ付けとして、信頼性の高いリペアはんだ付けを実施することができる。
このように、本実施例に記載するハンダボールリペア装置又はバンプ形成装置は、基板２１５の電極パッド２２上のハンダボールをターゲットとするものであり、基板２１５の電極パッド２２上に形成されたハンダバンプの状態を検査して、欠陥が検出された電極パッドにハンダボールを供給する修復用ディスペンサを備える。
そして、ハンダボールリペア装置又はバンプ形成装置は、修復用ディスペンサによって供給されたハンダボールにプラズマを照射し、ハンダボールの酸化膜を除去するプラズマユニット（プラズマ発生装置）と、ハンダボールにレーザーを照射し、ハンダボールを溶融するレーザーユニット（レーザー発生装置）２０５と、を備え、ハンダボールの酸化膜を除去すると共に又は同時に、ハンダボールを溶融し、電極パッドにハンダバンプを形成する（ハンダボールを電極パッドにはんだ付けする）。
また、ハンダボールリペア装置又はバンプ形成装置は、欠陥が検出された電極パッドにプラズマを照射し、酸化膜を除去すると共に、修復用ディスペンサによって供給されたハンダボールにプラズマを照射し、ハンダボールの酸化膜を除去するプラズマユニット（プラズマ発生装置）と、ハンダボールにレーザーを照射し、ハンダボールを溶融するレーザーユニット（レーザー発生装置）２０５と、を備え、欠陥が検出された電極パッドの酸化膜を除去し、ハンダボールの酸化膜を除去すると共に又は同時に、ハンダボールを溶融し、電極パッドにハンダボールをはんだ付けする（電極パッドにハンダバンプを形成する）。
また、レーザーユニット２０５は、電極パッドに供給されたハンダボールの上部にレーザーを照射することが好ましい。また、レーザーユニット２０５は、電極パッドに供給されたハンダボールの表面に対して、略垂直にレーザーを照射することが好ましい。また、レーザーユニット２０５は、ハンダボール直径に適したスポット径でレーザーを照射することが好ましく、このスポット径は、ハンダボール直径と略同一またはハンダボール直径よりも小さいことが好ましい。
また、プラズマユニットは、電極パッドに対してハンダボール直径または電極パッド直径より広い範囲でプラズマを照射することが好ましい。これにより、効率よく酸化膜を除去することができる。
以上の説明において、プラズマ照射によりハンダボールの酸化膜を除去すると共に又は同時に、レーザー照射によりハンダボールを溶融するとは、同期間、同時間帯にわたり、プラズマ照射とレーザー照射とを同時に行うことは勿論、少なくとも同時に照射する期間を有する、あるいは少なくとも同時に照射する時間帯を有することを意味する。したがって、プラズマ照射をレーザー照射に先立って行ってもよく、レーザー照射を行っている間にプラズマ照射を停止してもよく、またこの逆であってもよい。
また、仮に、プラズマ照射とレーザー照射とを瞬時に、あるいは短時間に切り替えるにしても、プラズマ照射による酸化膜の除去が、レーザー照射による溶融に問題の無い程度である短時間の差であれば、少なくとも同時に照射する期間を有する、あるいは少なくとも同時に照射する時間帯を有することを意味する。
また、プラズマユニットが、電極パッド又は／及びハンダボールに対して、プラズマを照射するプラズマ照射タイミングは、レーザーユニット２０５がハンダボールに対して、レーザーを照射するレーザー照射タイミングよりも早く、プラズマは、レーザーが照射されている間は、照射し続けられていることが好ましい。つまり、プラズマとレーザーとは同時に照射されている時間帯があることが好ましい。
特に、プラズマが照射されたハンダボールは、その表面が活性化されているため、酸化されやすく、プラズマの照射を停止するとすぐに酸化されてしまう。そこで、プラズマを照射しつつ、レーザーを照射することが重要である。
このように、本実施例に記載するハンダボールリペア装置では、基板２１５の電極パッド上に供給されたハンダボール及び／又は電極パッドに対して、プラズマを照射しつつ、ハンダボールにレーザーを照射する。
また、本実施例に記載するハンダボールリペア装置では、スポットヒータ２１０を備えた場合について説明したが、これは、製品の品種や材料などの状況によっては、必ずしも必要なものでは無く、省略してもよい場合があるが、このスポットヒータ２１０を備え、これを実施例のように制御すれば、レーザーの出力をより小さくできる。
本実施例によれば、ハンダボールを電極パッド上にはんだ付けダメージが少なく、効率よく確実にリペア、はんだ付けをすることができる。
また、本実施例によれば、欠陥の発生した部位のみに、レーザーを照射し、プラズマを照射するため、はんだ付けにかかる時間が短く、一括リフロー工程を用いることなく、シンプルなライン構成でリペアを完結できるため、装置の製造コストを低く抑えることが可能になる。
また、本実施例によれば、欠陥の発生した電極パッド部のみをレーザー＆プラズマにてリペアし、はんだ付けが可能なため、再はんだ付けにかかるエネルギーが少なくて済み、大量の熱を発生させないため、省エネルギーかつ環境に良いシステム提供が可能となる。
また、本実施例によれば、欠陥の発生した部位のみをレーザー＆プラズマにてリペアし、はんだ付けが可能なため、再はんだ付けの範囲が狭く、リフローはんだ付け済みの良品部位に熱履歴を加えないため、信頼性が高いリペアし、はんだ付けが可能になる。
次に、図１６を使用し、実施例２のプラズマレーザーヘッド部３００を説明する。なお、実施例２を説明するにあたり、実施例１との相違部分について説明する。
プラズマレーザーリペアヘッド部３００は、ハンダボール位置に移動し、このハンダボール２４に対してピンポイントでスポット的に予熱をかけ、このハンダボール２４に対してプラズマを照射してハンダボール２４の酸化膜を除去し、酸化膜を除去した後、レーザーを照射して、局所的にリフロー又はバンプ形成する。
プラズマレーザーリペアヘッド部３００は、ハンダボール２４に対してスポット的にレーザーを照射し、ハンダボールを加熱、溶融するレーザーユニット（レーザー発生装置（レーザー照射手段の意味））３０５と、ハンダボール２４に対してスポット的にプラズマを照射するプラズマユニット（プラズマ発生装置（プラズマ照射手段の意味））３０６と、ハンダボール３４に対してスポット的に予熱をかけるスポットヒータ２１０と、を有する。そして、少なくともレーザーユニット３０５とプラズマユニット３０６とを固定するユニット固定板２１９を有する。
実施例２では、レーザーユニット３０５のレーザー照射軸とプラズマユニット３０６のプラズマ照射軸とは、ハンダボール２４の近傍で同軸であり、プラズマやレーザーを、ハンダボール２４に対して、上方（真上）から照射する。なお、スポットヒータ２１０の軸は、プラズマやレーザーが照射される１つのハンダボール２４に向かうように、設定される。これにより、レーザーユニット３０５のレーザー照射軸、プラズマユニット３０６のプラズマ照射軸、スポットヒータ２１０の軸は、１つのハンダボール２４に集中する。
次に、図１７を使用し、実施例２のプラズマレーザーヘッド部３００の原理を説明する。
実施例２では、レーザーユニット３０５から照射されるレーザーは、水平方向に導入され、ハーフミラー３０９により、鉛直方向に反射し、ハンダボール２４の上方から、ハンダボール２４に照射される。
また、実施例２では、プラズマユニット３０６から照射されるプラズマも、ハンダボール２４の上方から、ハンダボール２４に照射される。
プラズマユニット３０６は、ホローカソード放電を使用し、高密度のプラズマを発生させるものであり、プラズマを発生させる高周波電圧を印加するプラズマ電極３１３を有する。なお、プラズマを発生させる高周波電圧は、プラズマ電極３１３に高周波電圧を供給する電極電源３１４から供給され、プラズマとなるガスは、ガス供給部３１５から供給され、プラズマ発生領域でプラズマが発生する。特に、実施例２では、ガスは、レーザーの導入方向と同一となるように、水平方向から供給される。つまり、レーザーの導入方向とガスの供給方向とが同一となる。これにより、プラズマレーザーヘッド部３００をコンパクト化することができる。
そして、このように、実施例２では、レーザーがプラズマ発生領域を貫通し、プラズマとレーザーとが、同時にハンダボール２４に照射される。これにより、効率的に、同時に、プラズマとレーザーとをハンダボール２４に照射することができる。
また、レーザーユニット３０５のレーザー照射軸とプラズマユニット３０６のプラズマ照射軸とを同軸にすることにより、レーザーユニット３０５のレーザー照射軸とプラズマユニット３０６のプラズマ照射軸との軸合わせをする必要がなく、効率的に、プラズマとレーザーとをハンダボール２４に照射することができる。
また、実施例２でも、例えば、マイクロスコープなどの観察カメラ２０６が設置される。観察カメラ２０６は、ハーフミラー３０９を透して、上方（真上）から、ハンダボール２４の状態を観察する。ただし、装置構成として、観察カメラ２０６は、必ずしも必須ではない。
なお、観察カメラ２０６が設置されない場合には、ハーフミラー３０９を設置せず、レーザーユニット３０５をハンダボール２４の上方（真上）に設置し、レーザーを、直接、ハンダボール２４に照射することができる。
また、実施例２でも、ハンダボール３４に対してスポット的に予熱をかけるスポットヒータ２１０を使用するが、スポットヒータ２１０の代わりに、デフォーカスレーザーを使用し、ハンダボールの周辺に対して予熱をかけてもよい。
特に、観察カメラ２０６が設置されない場合には、デフォーカスレーザーを、ハーフミラー３０９を透して、ハンダボール２４の上方（真上）から、ハンダボール２４に照射することもできる。つまり、デフォーカスレーザーの照射軸を、レーザーユニット３０５のレーザー照射軸とプラズマユニット３０６のプラズマ照射軸と、ハンダボール２４の近傍で同軸とする。これにより、効率的にハンダボール２４の周辺を予熱することができる。
次に、図１８を使用し、実施例２のプラズマレーザーヘッド部３００の構成、特に、プラズマユニット３０６の構成を説明する。
ハンダボール２４に対してスポット的にプラズマを照射するプラズマユニット３０６は、ホローカソード放電を使用し、高密度のプラズマを発生させるものである。
図１８において、部材３３０は、ガス案内路を構成する案内路構成部材であり、略円筒形に形成される。この部材３３０には、軸方向にガス案内路３３１が適宜ドリル加工などにより直線状に穿設されている。
このガス案内路３３１は、上端が広く開口し、下端は狭まってノズル形状となって開放している。ガス案内路３３１の側方には、ガス供給口３３２が穿設され、ガス供給部３１５からガス案内路３３１にプラズマとなるガスが供給される。
ガス案内路３３１の開口した一端には、この開口部を塞ぐよう部材３２０を設置する。
部材３２０は、ガス案内路３３１の一端を封緘し、後記するレーザー光を透過する部材であれば特に限定はないが、一般的には石英ガラスが使用される（以下、部材３２０は石英ガラス板と称する。）。
この石英ガラス板３２０は、部材３３０との間にＯリング３２１を挟み、その上方には中央部を開口した蓋体３１６を、部材３３０に螺合する。これにより、石英ガラス板３２０は、Ｏリング３２１側に押し付けられ、ガス案内路３３１の一端は密閉されることになる。（なお、石英ガラス板３２０が密閉される方法であれば、特に螺合方式に限定するものではない。）
この構成により、ガス供給部３１５からガス導入部３１７及びガス供給口３３２を通して案内されたガスは、ガス案内路３３１によって案内され、ガス案内路３３１の下端に形成したノズルから下方に照射される。
ガス案内路３３１のノズル形状となって開放している下端にも石英ガラス板３２２を設置する。上記と同様な構成により、この下端に配置した石英ガラス板３２２は、Ｏリング３２３、蓋体３２４により、石英ガラス板３２２がＯリング３２３側に押し付けられ、ガス案内路３３１の一端は（以下に説明する第１孔部を除き）密閉されることになる。
下部に設置した石英ガラス板３２２の上部面及び下部面には、ガスを励起してプラズマを生成する高周波電圧を印加するタングステンからなるプラズマ電極３１３を設置する。
そして、プラズマ電極３１３には、電極電源３１４から高圧、高周波電圧を供給するための電極電源線を接続する。
下部の石英ガラス板３２２には、ガス案内路３３１の下端に構成したノズル形状となって開放しているノズル先端と同様の直径０．５～０．８ｍｍ程度の第１孔部を形成する。
更に、下部の石英ガラス板３２２の上部面及び下部面に設置したプラズマ電極３１３にも第２孔部が形成される。第２孔部の直径は、第１孔部の直径よりも大きいか、又は、第１孔部の直径とほぼ同等である。
プラズマは、電極電源３１４から高圧、高周波電圧をプラズマ電極３１３に供給することにより、プラズマ電極３１３の周辺（第２孔部の近傍）で生成され、ここがプラズマ発生領域３１８となる。そして、この生成されたプラズマは蓋体３２４に形成される下部の開口部から、下方に位置するハンダボール２４に向けて照射される。
この照射は、ガス供給部３１５からのガスの供給圧力によって調整することができる。
ガス供給部３１５からのガスの供給圧力は、ガス圧により基板に搭載したハンダボール２４が飛び散らない、あるいは所定の電極上から移動（位置ズレ）しない適正な圧力とする。
なお、蓋体３２４の下部の開口部の直径は、第１孔部の直径とほぼ同等であるか、又は、第１孔部の直径よりも大きくすることが望ましい。
レーザーユニット３０５から照射されるレーザーは、水平方向に導入され、ハーフミラー３０９により、鉛直方向に反射し、蓋体３１６の上部の開口部を通過し、部材３３０に設置される上部の石英ガラス板３２０を透過し、ガス案内路３３１を通って、第１孔部、第２孔部、蓋体３２４の下部の開口部を通過し、ハンダボール２４の上方から、ハンダボール２４に照射される。
また、実施例１と同様に、ガス（媒体ガス）は、重量％にて、１～４％の水素成分を含むアルゴンガスであることが好ましい。この場合も、高周波電源（例えば、５ｋＶ、５０Ｈｚ）であるプラズマ電極３１３により、ガスが励起され、ガスがラジカル化し、ガスがプラズマ化する。
これにより、レーザーユニット３０５のレーザー照射軸とプラズマユニット３０６のプラズマ照射軸とは、ハンダボール２４の近傍で同軸となると共に、レーザーがプラズマ発生領域３１８を貫通し、プラズマとレーザーとが、同時にハンダボール２４に照射される。これにより、効率的に、同時に、プラズマとレーザーとをハンダボール２４に照射することができる。
なお、実施例２では、ホローカソード放電を使用し、高密度のプラズマを発生させるプラズマの発生方式を使用したが、プラズマの発生方式はこれに限定されるものではなく、例えば、ガスを高周波コイルによって励起する構成のものであってもよい。
また、実施例２では、ホローカソード放電を使用し、ガス案内路３３１のガス出口側にプラズマ電極を設け、プラズマを生成するようしたが、プラズマ電極の位置は、実施例のガス出口側に限らず、ガス流通経路の任意の一部に設けるようにしてもよい。
以上、実施例２のようにすれば、一端がレーザー光を透過する光透過部材（例えば、石英ガラス板３２０）で封緘された側方にプラズマを生成するガスを供給するガス供給口３３２を有し、このガス供給口３３２から供給されたガスを基板に搭載されたハンダボールに照射するよう導く直線状に形成したガス案内路３３１と、このガス案内路３３１からハンダボールに至る流通経路の一部を包囲し、ガスに高圧・高周波電源を印加してガスをプラズマ化するプラズマ生成手段（例えば、プラズマ電極３１３）と、生成したレーザー光を、光透過部材を透過し、ガスの流通経路およびプラズマ生成領域の中央部を通してハンダボールに照射するレーザー発生手段（例えば、レーザーユニット３０５）と、を備え、プラズマでハンダボールの酸化膜を除去すると共に、レーザー光でハンダボールを溶融してバンプを形成するバンプ形成装置を得ることができる。
次に、図１９を使用し、実施例２を応用したレーザーのパルス照射について説明する。
レーザーユニット３０５から照射されるレーザーは、パルス的（１５～２５ｋＨｚ）に照射されることが好ましい。ハンダボール２４にレーザーをパルス的に照射することにより、ハンダボールの酸化膜を効率的に除去することができる。これは、レーザーをパルス的に照射し、熱音響効果を使用し、その衝撃により、ハンダボールの表面に形成される酸化膜に効率的にひびを入れることができるためである。
このように、実施例２によれば、レーザー＆プラズマにてはんだ付けが可能なため、はんだ付けの範囲が狭く、極微細はんだバンプ形成において、信頼性が高いはんだ付けが可能になる。
以上のように、本実施例により、バンプ形成装置、バンプ形成方法、ハンダボールリペア装置、ハンダボールリペア方法を好適な実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施例によって限定的に解釈されるものではない。すなわち、本発明はその趣旨、主要な特徴から逸脱しない範囲において、種々の変更および様々な形態での実施が可能である。
１…印刷装置、２…印刷ヘッド、３…スキージ、４…モータ、１０…印刷テーブル、１５…カメラ、２０、２０ｂ…スクリーン、２０ｄ…開口部、２１…基板、２２…電極パッド、２３…フラックス、２４…ハンダボール、６０…ハンダボール供給ヘッド、８７…修復用ディスペンサ、９０…吸着ノズル、９１…心棒、９１a…上端部、９１ｂ…下端部、９２…貫通穴、９２ａ…開口端部、９３…支持部材、９４…ノズル支持枠、９５…モータ、９６…駆動部、９７…リニアレール、９８…先端部、９９…基端部、１２０…電極パッド、１２１…フラックス、１３０…スイーパ、１３１…スキージ、２００…プラズマレーザーリペアヘッド部、２０１…モータ、２０２…アクチュエータ、２０３…ヘッドフレーム、２０４…基板高さ変位計、２０５…レーザーユニット、２０６…観察カメラ、２０７…レーザー導光口、２０８…コリメートレンズ、２０９…集光レンズ、２１０…スポットヒータ、２１１…プラズマアンテナ、２１２…プラズマキャピラリ、２１３…プラズマ電極、２１４…プラズマノズル、２１５…基板、２１６…アラインメントステージ、２１７…アラインメントカメラ、２１８…ステージ移動軸、２１９…ユニット固定板、３００…プラズマレーザーヘッド部、３０５…レーザーユニット、３０６…プラズマユニット、３０９…ハーフミラー、３１３…プラズマ電極、３１４…電極電源、３１５…ガス供給部、３１６…蓋体、３１７…ガス導入部、３１８…プラズマ発生領域、３２０…部材、石英ガラス板、３２１…Ｏリング、３２２…石英ガラス板、３２３…Ｏリング、３２４…蓋体、３３０…部材、３３１…ガス案内路、３３２…ガス供給口。

Claims (37)

  1. 基板上に形成された電極パッドに、ハンダボールを供給するバンプ形成装置において、 供給されたハンダボールにプラズマを照射し、前記ハンダボールの酸化膜を除去するプラズマ発生装置と、前記ハンダボールにレーザーを照射し、前記ハンダボールを溶融するレーザー発生装置と、を備え、
    前記プラズマ発生装置により前記ハンダボールに前記プラズマを照射して、前記ハンダボールの酸化膜を除去すると共に、前記レーザー発生装置により前記ハンダボールに前記レーザーを照射して、前記ハンダボールを溶融し、前記電極パッドにハンダバンプを形成することを特徴とするバンプ形成装置。
  2. 請求項１に記載するバンプ形成装置において、
    前記プラズマ発生装置によるプラズマの照射と前記レーザー発生装置によるレーザーの照射とを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記プラズマ発生装置によるプラズマの照射と前記レーザー発生装置によるレーザーの照射とが同時に照射される時間帯が存在するよう制御することを特徴とするバンプ形成装置。
  3. 請求項２に記載するバンプ形成装置において、
    前記制御部は、前記レーザー発生装置によるレーザーの照射に先立って、前記プラズマ発生装置によるプラズマの照射が行われるように制御することを特徴とするバンプ形成装置。
  4. 請求項１に記載するバンプ形成装置において、
    前記プラズマ発生装置によるプラズマ照射軸と前記レーザー発生装置によるレーザー照射軸とが同軸であることを特徴とするバンプ形成装置。
  5. 請求項１に記載するバンプ形成装置において、
    前記ハンダボールに対するプラズマの照射とレーザーの照射とに先立って、前記ハンダボール及びハンダボールの周辺を予熱することを特徴とするバンプ形成装置。
  6. 請求項５に記載するバンプ形成装置において、
    前記予熱が、前記ハンダボールに対してスポット的に予熱するスポットヒータにより行われることを特徴とするバンプ形成装置。
  7. 請求項５に記載するバンプ形成装置において、
    前記予熱が、前記ハンダボールの周辺に対して予熱するデフォーカスレーザーにより行われることを特徴とするバンプ形成装置。
  8. 請求項１に記載するバンプ形成装置において、
    前記レーザー発生装置から照射されるレーザーが、パルス的に前記ハンダボールに照射されることを特徴とするバンプ形成装置。
  9. 請求項１に記載するバンプ形成装置において、
    前記プラズマ発生装置が、ホローカソード放電を使用し、プラズマを発生させるものであることを特徴とするバンプ形成装置。
  10. 基板上に形成された電極パッドに、ハンダボールを供給するバンプ形成装置において、 前記電極パッドにプラズマを照射して前記電極パッドの酸化被膜を除去するプラズマ発生装置と、その後、前記電極パッドにハンダボールを供給し、供給されたハンダボールに前記プラズマを照射し、前記ハンダボールの酸化膜を除去する前記プラズマ発生装置と、前記ハンダボールにレーザーを照射し、前記ハンダボールを溶融するレーザー発生装置と、を備え、
    前記ハンダボールの酸化膜を除去すると同時に、前記ハンダボールを溶融し、前記電極パッドにハンダバンプを形成することを特徴とするバンプ形成装置。
  11. 基板上に形成された電極パッドに、ハンダボールを供給するバンプ形成方法において、 前記電極パッドにハンダボールを供給後、前記ハンダボールにプラズマを照射すると共に、レーザーを照射し、前記ハンダボールの酸化膜を除去すると同時に、前記ハンダボールを溶融して、前記電極パッドにハンダ付けすることを特徴とするバンプ形成方法。
  12. 基板上に形成された電極パッドに、ハンダボールを供給するバンプ形成方法において、 前記電極パッドにプラズマを照射して前記電極パッドの酸化被膜を除去し、前記電極パッドにハンダボールを供給後、前記ハンダボールにプラズマを照射すると共に、レーザーを照射し、前記ハンダボールの酸化膜を除去すると同時に、前記ハンダボールを溶融して、前記電極パッドにハンダ付けすることを特徴とするバンプ形成方法。
  13. 基板の電極パッド上に形成されたハンダバンプの状態を検査して、欠陥が検出された電極パッドにハンダボールを供給する修復用ディスペンサを備えたハンダボールリペア装置において、
    前記修復用ディスペンサによって供給されたハンダボールにプラズマを照射し、前記ハンダボールの酸化膜を除去するプラズマ発生装置と、前記ハンダボールにレーザーを照射し、前記ハンダボールを溶融するレーザー発生装置と、を備え、
    前記ハンダボールの酸化膜を除去すると同時に、前記ハンダボールを溶融し、前記電極パッドにハンダバンプを形成することを特徴とするハンダボールリペア装置。
  14. 請求項１３に記載するハンダボールリペア装置において、
    制御部を備え、前記制御部は前記プラズマ発生装置によるプラズマの照射と前記レーザー発生装置によるレーザーの照射とが同時に照射される時間帯が存在するよう制御することを特徴とするハンダボールリペア装置。
  15. 請求項１３又は１４に記載するハンダボールリペア装置において、
    プラズマ照射はレーザー照射に先立って行うことを特徴とするハンダボールリペア装置。
  16. 請求項１３、１４又は１５に記載するハンダボールリペア装置において、
    前記修復用ディスペンサにより欠陥が検出された電極パッドにハンダボールを供給するに先立って前記プラズマ発生装置により前記電極パッドの酸化膜を除去することを特徴とするハンダボールリペア装置。
  17. 基板の電極パッド上に形成されたハンダバンプの状態を検査して、欠陥が検出された電極パッドにハンダボールを供給する修復用ディスペンサを備えたハンダボールリペア装置において、
    前記欠陥が検出された電極パッドにプラズマを照射し、酸化膜を除去すると共に、前記修復用ディスペンサによって供給されたハンダボールにプラズマを照射し、前記ハンダボールの酸化膜を除去するプラズマ発生装置と、前記ハンダボールにレーザーを照射し、前記ハンダボールを溶融するレーザー発生装置と、を備え、
    前記欠陥が検出された電極パッドの酸化膜を除去し、前記ハンダボールの酸化膜を除去すると同時に、前記ハンダボールを溶融し、前記電極パッドに前記ハンダボールをはんだ付けすることを特徴とするハンダボールリペア装置。
  18. 請求項１３又は１４に記載するハンダボールリペア装置において、
    前記レーザー発生装置は、ハンダボールの直径と略同一のスポット径で、前記ハンダボールにレーザーを照射することを特徴とするハンダボールリペア装置。
  19. 請求項１３又は１４に記載するハンダボールリペア装置において、
    前記プラズマ発生装置は、前記電極パッドに供給されたハンダボールに対して、略中心にプラズマを照射することを特徴とするハンダボールリペア装置。
  20. 請求項１３又は１４に記載するハンダボールリペア装置において、
    前記プラズマ発生装置は、前記電極パッドに供給されたハンダボールの略上半分部分にプラズマを照射することを特徴とするハンダボールリペア装置。
  21. 請求項１３又は１４に記載するハンダボールリペア装置において、
    前記レーザー発生装置は、前記電極パッドに供給されたハンダボールに対して、略中心にレーザーを照射することを特徴とするハンダボールリペア装置。
  22. 請求項１３又は１４に記載するハンダボールリペア装置において、
    前記レーザー発生装置は、前記電極パッドに供給されたハンダボールの略上半分部分にレーザーを照射することを特徴とするハンダボールリペア装置。
  23. 請求項１３又は１４に記載するハンダボールリペア装置において、
    前記プラズマ発生装置は、前記電極パッドに対して、ハンダボールの直径または電極パッドの直径よりも広い範囲で、プラズマを照射することを特徴とするハンダボールリペア装置。
  24. 請求項１３又は１４に記載するハンダボールリペア装置において、
    前記プラズマ発生装置は、媒体ガスを使用してプラズマを発生させることを特徴とするハンダボールリペア装置。
  25. 請求項２４に記載するハンダボールリペア装置において、
    前記媒体ガスは、重量％にて１～４％の水素成分を含むアルゴンガスであることを特徴とするハンダボールリペア装置。
  26. 請求項１３又は１４に記載するハンダボールリペア装置において、
    前記レーザー発生装置の照射軸と前記プラズマ発生装置の照射軸とのなす角度が、０～１８０度で調整されることを特徴とするハンダボールリペア装置。
  27. 基板の電極パッド上に形成されたハンダバンプの状態を検査して、欠陥が検出された電極パッドにハンダボールを供給する修復用ディスペンサを備えたハンダボールリペア装置において、
    前記修復用ディスペンサによって供給されたハンダボールにプラズマを照射し、前記ハンダボールの酸化膜を除去するプラズマ発生装置と、前記ハンダボールにレーザーを照射し、前記ハンダボールを溶融するレーザー発生装置と、を備えることを特徴とするハンダボールリペア装置。
  28. 基板の電極パッド上に形成されたハンダバンプの状態をハンダボール検査工程によって検査し、前記ハンダボール検査工程によって欠陥が検出された電極パッドに修復用ディスペンサによってハンダボールを供給するハンダボールリペア方法において、
    前記修復用ディスペンサによって前記欠陥が検出された電極パッドにハンダボールを供給後、前記ハンダボールにプラズマを照射すると共に、レーザーを照射し、前記ハンダボールの酸化膜を除去すると同時に、前記ハンダボールを溶融して、前記電極パッドにハンダ付けすることを特徴とするハンダボールリペア方法。
  29. 基板の電極パッド上に形成されたハンダバンプの状態をハンダボール検査工程によって検査し、前記ハンダボール検査工程によって欠陥が検出された電極パッドに修復用ディスペンサによってハンダボールを供給するハンダボールリペア方法において、
    前記修復用ディスペンサによって前記欠陥が検出された電極パッドにプラズマを照射して前記電極パッドの酸化被膜を除去し、その後、前記電極パッドにハンダボールを供給し、前記ハンダボールにプラズマとレーザーとを照射して、前記ハンダボールを前記電極パッドに固着することを特徴とするハンダボールリペア方法。
  30. 請求項１３に記載するハンダボールリペア装置において、
    前記プラズマ発生装置によるプラズマ照射軸と前記レーザー発生装置によるレーザー照射軸とが同軸であることを特徴とするハンダボールリペア装置。
  31. 請求項１３に記載するハンダボールリペア装置において、
    前記ハンダボールに対するプラズマの照射とレーザーの照射とに先立って、前記ハンダボール及びハンダボールの周辺を予熱することを特徴とするハンダボールリペア装置。
  32. 請求項３１に記載するハンダボールリペア装置において、
    前記予熱が、前記ハンダボールに対してスポット的に予熱するスポットヒータにより行われることを特徴とするハンダボールリペア装置。
  33. 請求項３１に記載するハンダボールリペア装置において、
    前記予熱が、前記ハンダボールの周辺に対して予熱するデフォーカスレーザーにより行われることを特徴とするハンダボールリペア装置。
  34. 請求項３１に記載するハンダボールリペア装置において、
    前記レーザー発生装置から照射されるレーザーが、パルス的に前記ハンダボールに照射されることを特徴とするハンダボールリペア装置。
  35. 請求項３１に記載するハンダボールリペア装置において、
    前記プラズマ発生装置が、ホローカソード放電を使用し、プラズマを発生させるものであることを特徴とするハンダボールリペア装置。
  36. 一端がレーザー光を透過する光透過部材で封緘され、側方にプラズマを生成するガスを供給するガス供給口を有し、当該ガス供給口から供給された前記ガスを基板に搭載されたハンダボールに照射するよう導く直線状に形成したガス案内路と、
    当該ガス案内路から前記ハンダボールに至る前記ガスの流通経路の一部を包囲し、当該ガスに高圧・高周波電源を印加して当該ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、
    生成したレーザー光を、前記光透過部材を透過し、前記ガスの流通経路およびプラズマ生成領域の中央部を通して前記ハンダボールに照射するレーザー発生手段と
    を備え、前記プラズマで前記ハンダボールの酸化膜を除去すると共に、前記レーザー光で前記ハンダボールを溶融してバンプを形成するバンプ形成装置。
  37. 基板上に形成された電極パッド上に、ハンダボールを供給し、当該ハンダボールを溶融してバンプを形成するバンプ形成装置において、
    電極パッドに供給された特定のハンダボールにプラズマを照射し、当該ハンダボールの酸化膜を除去するプラズマユニットと、前記特定のハンダボールにレーザーを照射し、当該ハンダボールを溶融するレーザーユニットとを、前記各ユニットの照射方向が前記特定のハンダボールを照射するよう固定したユニット固定版と、
    当該ユニット固定版を前記各ユニットの照射方向が前記特定のハンダボールを照射するよう位置決めする駆動手段と、
    を備えたことを特徴とするバンプ形成装置。
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