JP5428131B2 - 観察装置及びボイドの観察方法 - Google Patents

Description

本発明は、アンダーフィル剤に発生するボイドの観察装置及びボイドの観察方法に関する。

例えば、半導体チップ等の電子部品（以下、チップ部品という）を実装基板に実装する方法としてフリップチップ実装工法が知られている。フリップチップ実装工法は、チップ部品の電極に金(Au)バンプを形成し、このチップ部品を実装基板にフェイスダウンで接合する実装方法である。また、このフリップチップ実装工法では、チップ部品と基板との間にアンダーフィル剤(樹脂接着剤)を充填し、Auバンプと電極との接合を補強している。

このアンダーフィル剤は接合空間に均一な状態で充填されていることが望ましいが、アンダーフィル剤の塗布工程やチップの実装工程でアンダーフィル剤にボイド(空隙)が発生することがあり、これが原因で接合強度や品質に影響を与えている。このため、従来からアンダーフィル剤の内部に発生したボイドを検出する各種方法が提案されている（例えば、特許文献１，２を参照）。
特開昭６４−０２５０４５号公報 特開平０９−１９６６１７号公報

しかしながら、特許文献１，２に開示された従来の方法は、チップ部品の実装後において、X線透過や実装断面の観察でボイドの有無を調べるものである。よって、チップ部品の実装後におけるボイドの発生の有無及び発生位置は検知できるが、ボイドがいつどのように発生しているのかを観察することはできないという問題点があった。このため、ボイドの発生の原因が不明のままであり、ボイドを抑制できるフリップチップ実装工法の条件を確定することができなかった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、チップを実装する工程におけるアンダーフィル剤の流動状態、即ちボイドの挙動の可視化を可能とした観察装置及びボイドの観察方法を提供することを目的とする。

上記の課題は、第１の観点からは、
基板に被実装体をアンダーフィル剤を介在させてフリップチップ実装する際に、該アンダーフィル剤に発生するボイドの発生を観察する観察装置であって、
前記被実装体を保持するヘッドと、前記基板を搭載するステージとを有し、前記被実装体を前記基板に実装する実装手段と、
前記実装手段による前記被実装体の前記基板への実装処理中における、前記アンダーフィル剤の挙動を撮像する撮像手段を有する観察手段とを有し、
前記ヘッドの前記被実装体のアンダーフィル剤に発生するボイドの発生を観察する撮像位置に第１の開口部を形成し、
該第１の開口部と対向する位置に前記撮像手段を配置した観察装置により解決することができる。

また上記の課題は、第２の観点からは、
基板に被実装体をアンダーフィル剤を介在させてフリップチップ実装する際に、該アンダーフィル剤に発生するボイドの発生を観察するボイドの観察方法であって、
前記被実装体を保持するヘッドと、前記基板を搭載するステージとを用い、前記被実装体を前記基板に実装する工程と、
前記被実装体の前記基板への実装処理中における、前記アンダーフィル剤の挙動を撮像手段を用いて撮像する工程とを有し、
前記ヘッドの前記被実装体のアンダーフィル剤に発生するボイドの発生を観察する撮像位置に第１の開口部を形成し、
該第１の開口部と対向する位置に前記撮像手段を配置してボイドの観察を行うボイドの観察方法により解決することができる。

本発明によれば、実際の実装条件で被実装体を基板に実装しながら、アンダーフィル剤の挙動（流動状態）をリアルタイムで観察することが可能となる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。

図１は、本発明に係る観察装置１の基本構成を説明するための図である。観察装置１は、大略すると実装手段２と観察手段３とにより構成されている。この観察装置１は、基板５に被実装体４をアンダーフィル剤１２を介在させてフリップチップ実装する際に、アンダーフィル剤１２に発生するボイド１３（図１０参照）の発生を観察するための装置である。

ここで、フリップチップ実装とは、被実装体４にバンプ６を形成すると共に基板５に電極７を形成しておき、バンプ６が電極７に直接接合されるよう被実装体４を基板５にフェイスダウンで接合する実装方法である。このフリップチップ実装によれば、ワイヤボンディング法等の他のボンディング方法に比べて多ピン化に対応でき、また実装効率を高めることができる。

実装手段２は、被実装体４を基板５に実装する機能を奏するものである。この実装手段２は、吸着ヘッド８と搭載ステージ１０とにより構成されている。被実装体４は吸着ヘッド８に装着され、また基板５は搭載ステージ１０に搭載される。吸着ヘッド８は、搭載ステージ１０に向け移動可能な構成とされている。更に、吸着ヘッド８は、図中上下に貫通した第１の開口部９が形成されている。同様に、搭載ステージ１０にも図中上下に貫通した第２の開口部１１が形成されている。

観察手段３は例えば撮像カメラであり、吸着ヘッド８に形成された第１の開口部９と対向する位置、又は搭載ステージ１０に形成された第２の開口部１１に対向する位置に配設されている。尚、図１に示す例では、第１の開口部９と対向する位置に観察手段３が配設された構成を示している。

被実装体４及び基板５は、ガラス等の透明材料により形成されている。従って、実装手段２を用いてアンダーフィル剤１２が配設された基板５に被実装体４を実装する実装処理中に、観察手段３により吸着ヘッド８に装着された被実装体４を第１の開口部９を介して観察することにより、実装処理中におけるアンダーフィル剤１２の挙動を観察することが可能となる。

このように、観察装置１によれば、被実装体４を基板５に実装する実際の実装条件下において、被実装体４の基板５への実装に伴うアンダーフィル剤１２の挙動（流動状態）をリアルタイムで観察することが可能となる。よって、この観察結果に基づき、ボイド１３の発生原因を究明することが可能となる。

また、第２の開口部１１を介して基板５側からアンダーフィル剤１２の挙動（流動状態）をリアルタイムで観察することも可能であり、アンダーフィル剤１２の挙動を多角的に観察することができる。また、図１に示す例では第１及び第２の開口部９，１１をバンプ６或いは電極７の形成位置近傍とした例を示しているが、各開口部９，１１の形成位置は特に限定されるものではなく、任意位置に形成することが可能である。

更に、図１では観察手段３として通常の撮像カメラを用いた例を示したため、吸着ヘッド８及び搭載ステージ１０に開口部９，１１を形成すると共に、被実装体４及び基板５を透明な構成とした。しかしながら、観察手段３としてＸ線撮像カメラや赤外線カメラを使用することにより、吸着ヘッド８や搭載ステージ１０に開口部９，１１を形成することなく、また被実装体４及び基板５として透明なものを用いなくても、アンダーフィル剤１２の挙動を観察することが可能となる。

続いて、上記基本構成に基づく本発明の一実施例である観察装置２０につていて、図２乃至図１２を用いて説明する。尚、図１乃至図１２において、図１に示した構成と対応する構成については同一符号を付して説明するものとする。

先ず、図２乃至図４を用いて観察装置２０の全体構成について説明する。観察装置２０は、大略すると観察手段３、吸着ヘッド８、搭載ステージ１０、ベース２１、カメラステージ２５、ヘッド移動機構２７、加圧力調整機構３０、ステージ移動装置４０、及び制御装置５０（図１１参照）等により構成されている（尚、上記各構成において、吸着ヘッド８、搭載ステージ１０、ヘッド移動機構２７、加圧力調整機構３０、及びステージ移動装置４０は、請求項に記載の実装手段を構成する）。

ベース２１は、支持板２２が立設されている。この支持板２２には、観察手段３、吸着ヘッド８、カメラステージ２５、ヘッド移動機構２７、加圧力調整機構３０等が配設されている。

観察手段３は、撮像カメラ２３とレンズユニット２４とにより構成されている。撮像カメラ２３は高速画像を撮像可能な高速カメラであり、例えば毎秒200フレーム以上の画像を生成できるものである。撮像カメラ２３はＰＣ等により構成され画像処理装置としても機能する制御装置５０に接続されており、撮像した画像データは制御装置５０に送信される。尚、本実施例で用いている撮像カメラ２３は、Ｘ線カメラや赤外線カメラではなく、通常の撮像カメラである。

レンズユニット２４は、この撮像カメラ２３の下部に配設されている。このレンズユニット２４は、撮像位置を拡大する機能を奏するものである。よって、後述するアンダーフィル剤１２の挙動は、レンズユニット２４により拡大されて撮像カメラ２３で撮像される。この撮像カメラ２３及びレンズユニット２４（観察手段３）は、カメラステージ２５に取り付けられている。

カメラステージ２５は、支持板２２に配設されている。このカメラステージ２５は、観察手段３を支持板２２に対して支持すると共に、撮像カメラ２３による撮像位置を微調整できる構成とされている。よって、後述するステージ移動装置４０のみでなく、撮像カメラ２３をカメラステージ２５により移動させることによっても撮像位置の調整が可能となる。

また、レンズユニット２４の下部位置には、一対の照明２６が配設されている。この照明２６は撮像カメラ２３の撮像位置に光を照射するものであり、これにより微細なボイドの挙動撮影においても撮像に必要な十分な照度を得られるよう構成されている。

ヘッド移動機構２７は、図４に拡大して示すように、ヘッド駆動モータ２８、固定ステージ２９、加圧力調整機構３０、及びヘッドホルダ３１等により構成されている。固定ステージ２９は支持板２２に固定されており、この固定ステージ２９の上部にはヘッド駆動モータ２８が設けられている。

固定ステージ２９は、その内部にヘッド駆動モータ２８を駆動源としてベース板３７を上下移動させるための昇降機構（図に現れず）が設けられており、ヘッドホルダ３１はこのベース板３７に加圧力調整機構３０を介して取り付けられている。従って、ベース板３７が上下移動を行うと、これに伴い加圧力調整機構３０及びヘッドホルダ３１も上下方向に移動する構成とされている。

吸着ヘッド８は、ヘッドホルダ３１の下端部に設けられている。この吸着ヘッド８は、水平方向に延在するように配設されている。換言すると、吸着ヘッド８は、後述する搭載ステージ１０と平行な状態となるようヘッドホルダ３１に固定されている。

図５を参照し、吸着ヘッド８の構造について説明する。吸着ヘッド８は、第１の開口部９，チップ吸着部３２、ヘッド用吸引継手３４、及びチップ用ヒータ３６等を有した構成とされている。

吸着ヘッド８は、下面にチップ吸着部３２が配設されている。吸着ヘッド８には開口８ａが形成され、またチップ吸着部３２には開口３２ａが形成され、この各開口８ａ，３２ａは協働して第１の開口部９を形成する。この第１の開口部９は吸着ヘッド８及びチップ吸着部３２を貫通する貫通孔であり、前記した観察手段３（撮像カメラ２３，レンズユニット２４）の光軸と同軸的となるよう形成されている。これにより観察手段３は、第１の開口部９を介してその下部の撮像が可能となる。尚、本実施例では、観察手段３と第１の開口部９が対向するよう配設されている。

また、吸着ヘッド８及びチップ吸着部３２には吸引配管３５が形成されており、その一端部（図５における左端部）にヘッド用吸引継手３４が接続されると共に、他端部はチップ吸着部３２の開口３２ａ近傍に開口した構成とされている。ヘッド用吸引継手３４は真空ポンプよりなるチップ用吸引装置４７（図１１参照）に接続されており、このチップ用吸引装置４７が駆動することにより吸引配管３５の他端部では吸引が行われる。

被実装体となるガラスチップ４は、チップ吸着部３２上で吸引配管３５の他端部が開口する位置に装着される。この際、ガラスチップ４は、前記の真空ポンプの吸引力（負圧）によりチップ吸着部３２に吸着され、これによりチップ吸着部３２はチップ吸着部３２に保持（装着）される。この装着（吸着）状態において、ガラスチップ４の一部は第１の開口部９内に延出するよう装着される。尚、第１の開口部９の最下部における直径は、例えば２mmである。

更に、吸着ヘッド８は、内部にチップ用ヒータ３６を設けている。このチップ用ヒータ３６で発生する熱は、吸着ヘッド８及びチップ吸着部３２を介してガラスチップ４に熱伝導する。即ち、ガラスチップ４は、チップ用ヒータ３６により温度が制御される構成となっている。

上記のようにガラスチップ４は、吸着ヘッド８に吸着されることにより保持される。また、吸着ヘッド８は前記したヘッド移動機構２７により上下移動する構成とされているため、吸着ヘッド８の上下移動に伴いガラスチップ４も上下移動を行う構成となっている。

加圧力調整機構３０は、ヘッドホルダ３１とベース板３７との間に配設されている。この加圧力調整機構３０は例えば空気シリンダであり、後述するようにヘッド移動機構２７によりヘッドホルダ３１が下降してガラスチップ４がガラス基板５に押圧された際、この押圧力が一定となるよう機能するものである。

次に、ベース２１上に配設される機構について説明する。図２及び図３に示されるように、ベース２１には搭載ステージ１０及びステージ移動装置４０等が配設される。

ステージ移動装置４０は、Ｘ−Ｙステージ４１とθステージ４２とにより構成されている。搭載ステージ１０は、このステージ移動装置４０の上部に配設されている。

Ｘ−Ｙステージ４１は、搭載ステージ１０を平面方向（Ｘ−Ｙ方向）に移動する機能を奏するものである。また、θステージ４２は搭載ステージ１０を回転移動させる機能を奏するものである。これにより、搭載ステージ１０は、ステージ移動装置４０により任意の位置に移動可能な構成とされている。

搭載ステージ１０は、図５に示すように、第２の開口部１１、基板用吸引継手４４、吸引配管４５、及び基板用ヒータ４６等を有した構成とされている。第２の開口部１１は搭載ステージ１０を貫通する貫通孔であり、図２，図３，及び図６に示す構成の観察装置２０では、必ずしも設ける必要はないものである。

しかしながら、本実施例のように搭載ステージ１０に第２の開口部１１を形成しておくことにより、図７に示すように観察手段３を搭載ステージ１０の下部に配置すれば、ガラスチップ４とガラス基板５との間に発生するボイドを下面側から観察することが可能となる。

また、搭載ステージ１０には吸引配管４５が形成されており、その一端部（図５における左端部）に基板用吸引継手４４が接続されると共に、他端部は搭載ステージ１０の第２の開口部１１近傍に開口した構成とされている。基板用吸引継手４４は真空ポンプよりなる基板用吸引装置４８（図１１参照）に接続されており、この基板用吸引装置４８が駆動することにより吸引配管４５の他端部では吸引が行われる。

ガラス基板５は、チップ吸着部３２上で吸引配管３５の他端部が開口する位置に装着される。この際、ガラス基板５は、前記の真空ポンプの吸引力（負圧）により搭載ステージ１０に吸着され、これによりガラス基板５は搭載ステージ１０に保持（装着）される。この装着（吸着）状態において、ガラス基板５は第２の開口部１１を塞ぐように装着される。

更に、搭載ステージ１０は、内部に基板用ヒータ４６を設けている。この基板用ヒータ４６で発生する熱は、搭載ステージ１０を介してガラス基板５に熱伝導する。即ち、ガラス基板５は、基板用ヒータ４６により温度が制御される構成となっている。

ここで、本実施例で用いるガラスチップ４及びガラス基板５について説明する。本実施例では、ガラスチップ４を半導体チップと見立てると共に、ガラス基板５を実装基板と見立て、ガラスチップ４をガラス基板５に実装するときにおけるガラスチップ４とガラス基板５との間に介装したアンダーフィル剤１２の挙動を観察する方法を用いている。

この際、ガラスチップ４及びガラス基板５は、実際の半導体チップ及び実装基板と近似していることが望ましい。このため本実施例では、図８（Ａ）に示すようにガラス基板５においては実際の半導体チップと同様に電極７を形成しており、また図８（Ｂ）に示すようにガラスチップ４においては実際の半導体チップと同様のバンプ６を形成している。

従って、図９に示すようにガラス基板５のガラスチップ４が実装されるエリアにアンダーフィル剤１２を配設し、続いて図９に示すようにこの状態のガラス基板５にガラスチップ４を実装することにより、アンダーフィル剤１２は実際の半導体チップを実装基板に実装する時と略同じ挙動（流動）を行う。よって、ガラスチップ４とガラス基板５との間でアンダーフィル剤１２内に発生するボイド１３も、実際の半導体チップと実装基板との実装時と略同様のプロセスで、また同様の位置で発生する。また、ガラスチップ４及びガラス基板５は透明であるため、アンダーフィル剤１２の状態はガラスチップ４及びガラス基板５の外部から観察することが可能である。

よって、ガラスチップ４の上部からアンダーフィル剤１２及びボイド１３の状態を観察したい場合には、図２，図３，及び図６に示すように観察手段３をガラスチップ４の上部に配設することにより、第１の開口部９及びガラスチップ４を介してアンダーフィル剤１２及びボイド１３の状態を観察することができる。また、ガラス基板５の下部からアンダーフィル剤１２及びボイド１３の状態を観察したい場合には、図７に示すように観察手段３をガラス基板５の下部に配設することにより、第２の開口部１１及びガラス基板５を介してアンダーフィル剤１２及びボイド１３の状態を観察することができる。

尚、ガラスチップ４の上部からアンダーフィル剤１２及びボイド１３の状態を観察したい場合には、必ずしもガラス基板５を用いる必要はなく、実際の実装基板を用いることとしてもよい。また、ガラス基板５の下部からアンダーフィル剤１２及びボイド１３の状態を観察したい場合には、必ずしもガラスチップ４を用いる必要はなく、実際の半導体チップを用いることとしてもよい。この場合には、チップ或いは基板のいずれか一方を実際に用いる半導体チップ或いは実装基板とできるため、更にアンダーフィル剤１２及びボイド１３の挙動を実際のものに近づけることができる。

図１１は、上記した観察装置２０の制御系の構成を示すブロック図である。本実施例では制御装置５０として画像処理機能を有するパーソナルコンピュータを用いている。この制御装置５０には、前記した撮像カメラ２３、ヘッド駆動モータ２８、チップ用ヒータ３６、ステージ移動装置４０、基板用ヒータ４６、チップ用吸引装置４７、基板用吸引装置４８が図示しない駆動装置或いはＩ／Ｏ等を介して接続されている。また、制御装置５０には、出力手段として表示装置５１が接続されると共に、画像データを記録するための記憶装置５２が接続されている。

次に、上記した構成を有する観察装置２０において、制御装置５０が実施するボイド観察処理について説明する。図１２は、制御装置５０が実施するボイド観察処理のフローチャートである。

同図に示すボイド観察処理が起動すると、ステップ１０（図では、ステップをＳと略する）において、チップ用ヒータ３６及び基板用ヒータ４６を起動し、吸着ヘッド８（チップ吸着部３２）及び搭載ステージ１０を加熱する。続いて、ヘッド移動機構２７を構成するヘッド駆動モータ２８を駆動し、吸着ヘッド８を最上部の位置（初期位置）まで移動させる（ステップ１２）。

この状態において、搭載ステージ１０にガラス基板５を配置する（ステップ１４）。この搭載ステージ１０にガラス基板５を配置する処理は、後述するように搬送ロボット７１を用いて行っても、また人手により行ってもよい。次に、制御装置５０は基板用吸引装置４８を起動し、このガラス基板５を搭載ステージ１０に固定する（ステップ１６）。

続くステップ１８では、ガラスチップ４をガラス基板５の上部に載置する。この処理は、人手により行われる処理である。また、ガラスチップ４の載置位置は精度を要するものではなく、作業者が目視でガラスチップ４に形成されているバンプ６がガラス基板５の電極７と一致するように載置する程度の精度で足りる。

ガラスチップ４がガラス基板５の上部に載置されたことを制御装置５０に入力すると、制御装置５０はヘッド駆動モータ２８を起動し、初期位置にある吸着ヘッド８を下降させる（ステップ２０）。そして、吸着ヘッド８（チップ吸着部３２）がガラスチップ４に当接すると、吸着ヘッド８の下降は停止される。

次に、制御装置５０はチップ用吸引装置４７を起動し、ガラスチップ４を吸着ヘッド８に真空吸着させる（ステップ２２）。ガラスチップ４は、ステップ１８の処理では単にガラス基板５の上に載置されただけの状態であるため、真空吸着されることによりガラスチップ４は吸着ヘッド８に装着（保持）される。

上記のようにガラスチップ４が吸着ヘッド８に装着されると、制御装置５０はヘッド駆動モータ２８を再び駆動し、ヘッド移動機構２７により吸着ヘッド８を所定の位置合わせ位置まで上動させる（ステップ２４）。そして、制御装置５０はステージ移動装置４０（Ｘ−Ｙステージ４１，θステージ４２）を駆動することにより、ガラスチップ４のバンプ６がガラス基板５の電極７の形成位置に一致するようガラス基板５の位置を調整する（ステップ２６）。この位置決めは、例えばガラスチップ４にアライメントマークを設けておく等により、通常のフリップチップ実装における位置決め技術を適用することができる。

上記のようにガラス基板５に対するＸ−Ｙ方向及びθ方向の位置決め処理が終了すると、この位置決めされた状態を維持しつつ、制御装置５０はヘッド駆動モータ２８を駆動して再び吸着ヘッド８を上動させる（ステップ２８）。この上動処理は、吸着ヘッド８の位置がアンダーフィル剤１２をガラス基板５に供給することが可能な高さとなるまで行われる。

続いて、搭載ステージ１０に吸着されているガラス基板５の上部にアンダーフィル剤１２が供給される（ステップ３０）。このアンダーフィル剤１２の供給処理は、人手により行ってもよく、またディスペンサーを用いた自動供給装置を用いて自動的に行う構成とすることも可能である。

上記のようにガラス基板５上にアンダーフィル剤１２が供給されると、制御装置５０はヘッド駆動モータ２８を再び駆動して吸着ヘッド８を下降させる（ステップ３２）。この際、吸着ヘッド８に吸着されているガラスチップ４のバンプ６と、搭載ステージ１０に吸着されているガラス基板５の電極７は、高精度に位置決めされた状態を維持している。

制御装置５０は吸着ヘッド８の下降に伴い、ガラスチップ４が観測開始位置に到達したどうかを判断する（ステップ３４）。この判断方法としては、(1)固定ステージ２９内に吸着ヘッド８の移動距離を測定する測距離機構を組み込み、この測距離機構からの信号より判断する方法、(2)搭載ステージ１０にガラスチップ４（又は吸着ヘッド８）を検出しうる検出センサーを設けておき、この検出センサーからの信号に基づき判断する方法等が考えられる。このステップ３４の処理は、ガラスチップ４が観測開始位置に到達するまで実施される。尚、本実施例では、ガラスチップ４がガラス基板５上のアンダーフィル剤１２と接触した位置を観測開始位置としている。

一方、ステップ３４において、ガラスチップ４が観測開始位置に到達したと判断されると、処理はステップ３６に進み、制御装置５０は撮像カメラ２３を起動する。これにより撮像カメラ２３は、第１の開口部９を介してガラスチップ４とガラス基板５との間に挟まれた状態のアンダーフィル剤１２の挙動の撮像を開始する。

撮像カメラ２３で生成されるアンダーフィル剤１２の挙動を撮像した撮像データは、制御装置５０に送信される。前記したように、制御装置５０は画像処理装置としても機能するため、撮像カメラ２３から送られた撮像データは、制御装置５０において各種フィルター処理等の画像処理が実施され表示装置５１で表示可能な画像データとされる。この画像データは、記憶装置５２に送られて記憶（記録）される。

続くステップ３８では、制御装置５０は吸着ヘッド８が観測終了位置に到達したかどうかを判断する（ステップ３８）。この観測終了位置とは、ガラスチップ４のバンプ６がガラス基板５の電極７と接合し、実装処理が終了した状態の位置である。ステップ３８で否定判断（ＮＯ）がされた状態は、まだガラスチップ４がガラス基板５に実装される位置まで達していない状態である。このため、制御装置５０は吸着ヘッド８（ガラスチップ４）の下降処理を続行する。

この吸着ヘッド８の下降に伴い、ガラスチップ４はガラス基板５に近接してゆき、ガラス基板５上に供給されているアンダーフィル剤１２は、ガラスチップ４に加圧されて押し広げられ、その一部は図１０に示されるようにガラスチップ４の外側にはみ出した状態となる。

この際、ガラスチップ４及びガラス基板５は、各ヒータ３６，４６により実際に半導体チップが実装基板に実装されるときと同じ温度に加熱されている。よって、アンダーフィル剤１２は、実際に半導体チップが実装基板に実装されるときと同様の挙動を行う。また、ガラスチップ４がアンダーフィル剤１２を加圧する加圧力は、ヘッド移動機構２７及び加圧力調整機構３０を調整することにより可変することができる。よって、ガラスチップ４がアンダーフィル剤１２を加圧する加圧力も、実際に半導体チップが実装基板に実装されるときと同等の加圧力に調整されている。

撮像カメラ２３は、このアンダーフィル剤１２の押し広げられるときの挙動を撮像する。また、アンダーフィル剤１２に発生するボイド１３は、アンダーフィル剤１２が押し広げられるときに発生することが知られており、アンダーフィル剤１２の押し広げられるときの挙動が撮像されることにより、ボイド１３が発生するときの状態も撮像される。

一方、ステップ３８で吸着ヘッド８が観測終了位置に到達したと判断すると、制御装置５０は撮像カメラ２３による撮像を終了する（ステップ４０）。また、続くステップ４２で吸着ヘッド８が接合終了位置に到達したと判断すると、制御装置５０はヘッド駆動モータ２８を停止し、吸着ヘッド８の下降を停止させる（ステップ４４）。

続いて、制御装置５０はチップ用吸引装置４７を停止して吸着ヘッド８によるガラスチップ４の吸着を解除し（ステップ４６）、次にヘッド駆動モータ２８を駆動して吸着ヘッド８を前記した初期位置まで上昇させ（ステップ４８）、更に基板用吸引装置４８を停止して搭載ステージ１０によるガラス基板５の吸着を解除する（ステップ５０）。

ガラス基板５の吸着処理が解除されると、ガラス基板５が搭載ステージ１０から取り外される。この取り外しは、搬送ロボット７１（図１４参照）を用いて行っても、また人手により行ってもよい。搭載ステージ１０からガラス基板５が取り外されると、制御装置５０はチップ用ヒータ３６及び基板用ヒータ４６を停止させ（ステップ５４）、上記した一連のボイド観察処理を終了する。

上記のように、観察装置２０を用いたボイド観察処理では、ガラスチップ４によりアンダーフィル剤１２を加圧する処理は、実際に半導体チップが実装基板に実装されるときと同等の環境下で行われる。このため、ガラスチップ４とガラス基板５との間で、アンダーフィル剤１２は実際に半導体チップが実装基板に実装されるときと同等の挙動を行い、撮像カメラ２３はこのアンダーフィル剤１２の挙動（流動状態）をリアルタイムで撮像することができる。よって、この撮像されたアンダーフィル剤１２の挙動を解析することにより、ボイド１３の発生する原因を究明することも可能となる。

図１３は、上記した観察装置２０に設けられた吸着ヘッド８の変形例である吸着ヘッド６０を示している。尚、図１３において、吸着ヘッド８の構成と同一構成部分については同一符号を付し、その説明を省略する。

本変形例に係る吸着ヘッド６０は、全体を透明なガラスにより形成している。この構成とすることにより、吸着ヘッド６０に貫通孔を形成することなく、吸着ヘッド６０の上部からアンダーフィル剤１２の挙動を観察することが可能となる。

また、吸着ヘッド６０にはガラスチップ４を昇温させるためのヒータを設ける必要があるが、本変形例ではこのヒータとして透明ヒータ６１を用いている。この透明ヒータ６１は透明な発熱体により形成されている。従って、透明ヒータ６１の配設位置においても、吸着ヘッド６０を透視してその下部の様子を観察することが可能である。

このように、吸着ヘッド６０の全体を透明なガラスにより形成することにより、吸着ヘッド８では必要であった第１の開口部９と撮像カメラ２３との光軸合わせが不要となる。また、吸着ヘッド８では照明２６からの照明光は第１の開口部９を介して撮像位置を照射する構成とされていたが、吸着ヘッド６０の全体を透明なガラスとすることにより、照明２６からの証明光は吸着ヘッド６０の全面を透光して撮像位置を照明する。よって、同一の照明２６を用いた場合には、吸着ヘッド８に比べて撮像位置の照度を高めることができる。

また、上記した観察装置２０は、可視領域の光を撮像しうる撮像カメラ２３を用いてアンダーフィル剤１２の挙動を撮像する例を示したが、撮像手段としてＸ線領域の撮像処理が可能なＸ線カメラ、或いは赤外線領域の撮像が可能な赤外線カメラを用いることも可能である。これらのカメラを用いることにより、ガラスチップ４及びガラス基板５を用いることなく、実際の半導体チップ及び実装基板を用いてアンダーフィル剤１２の挙動及びボイド１３の発生を観察することが可能となる。

図１４は、本発明に係る観察装置２０を適用した実装装置７０を示している。また、図１５は電子装置の製造工程を示す工程図であり、同図では電子装置として半導体チップを実装基板に実装した装置を例に挙げている。

半導体装置を製造する工程は、大略すると図１５に示すように半導体チップ製造工程（ステップ６０）、実装工程（ステップ６２）、及び検査工程（ステップ６３）を有している。半導体チップ製造工程では、ウエハ上に拡散処理、成膜処理、露光・現像処理等を実施することにより回路形成を行い、必要に応じてパッケージングを行った上でバンプを形成し、更にこれをダイシングすることにより半導体チップを製造する。

続く実装工程では、後述するように実装装置７０を用いて半導体チップ製造工程で製造された半導体チップを実装基板に実装する。これにより、半導体チップを実装基板上に搭載した電子装置が製造される。続いて、このように製造された電子装置に対し、信頼性試験等の検査工程が実施され、検査に合格したものが出荷される。

ここで、ステップ６２の実装工程について説明する。実装工程は、図１４に示す実装装置７０を用いて実施される。この実装装置７０は、図１乃至図１２を用いて説明した観察装置２０と基本的構成は同一であるが、撮像カメラ２３としてＸ線カメラを用いている点、被実装体４となる半導体チップ４の装着脱を行う搬送ロボット７１が設けられている点、半導体チップ製造工程で用いる装置及び検査工程で用いる装置の間で半導体チップ及び電子装置を搬送する搬送コンベア７２が敷設されている点等で相違している。

実装装置７０は観察装置２０と同様に、半導体チップ４を実装基板に実装する実装手段として機能する、吸着ヘッド８、搭載ステージ１０、ヘッド移動機構２７、加圧力調整機構３０、及びステージ移動装置４０を有している。よって、実装装置７０を用いることにより、半導体チップ４を実装基板に実装することが可能となる。

また、実装装置７０は観察装置２０と同様に、撮像カメラ２３及びレンズユニット２４よりなる観察手段３を有している。従って、半導体チップ４を実装基板に実装する際、アンダーフィル剤１２の挙動も合わせて撮像カメラ２３により撮像することができる。このようにして撮像された画像データは記憶装置５２に格納されるが、ステップ６４の検査工程においてこの画像データからボイドの発生量を演算し、発生量が多い場合には製造された電子装置を不良品と判断することも可能である。これにより、出荷される電子装置の信頼性を高めることができる。

また、各半導体チップの実装基板への実装ごとに画像データは記憶装置５２に格納されるため、アンダーフィル剤１２の挙動及びボイド１３の発生を撮像した多数の画像データを蓄積することができる。よって、これを分析及び解析することにより、ボイド１３が発生するメカニズムをより正確に確認することができる。

以上、本発明を実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。

以上の説明に関し、更に以下の項を開示する。
（付記１）
基板に被実装体をアンダーフィル剤を介在させてフリップチップ実装する際に、該アンダーフィル剤に発生するボイドの発生を観察する観察装置であって、
前記被実装体を前記基板に実装する実装手段と、
前記実装手段による前記被実装体の前記基板への実装処理中における、前記アンダーフィル剤の挙動を観察する観察手段と
を有することを特徴とする観察装置。（１）
（付記２）
前記実装手段は、前記被実装体を保持するヘッドと、前記基板を搭載するステージとを有し、
前記観察手段は、前記アンダーフィル剤の挙動を撮像する撮像手段を有することを特徴とする付記１記載の観察装置。（２）
（付記３）
前記ヘッドの前記被実装体の撮像位置に第１の開口部を形成し、
該第１の開口部と対向する位置に前記撮像手段を配置したことを特徴とする付記２記載の観察装置。（３）
（付記４）
前記ステージの前記基板の撮像位置に第２の開口部を形成し、
該第２の開口部と対向する位置に前記撮像手段を配置したことを特徴とする付記２記載の観察装置。（４）
（付記５）
前記ヘッド又は前記ステージの少なくとも一方に、前記被実装体又は前記基板を加熱するヒータを設けたことを特徴とする付記２乃至４のいずれか１項に記載の観察装置。（５）
（付記６）
前記ヘッド又は前記ステージの少なくとも一方を透明部材により形成したことを特徴とする付記２乃至５のいずれか１項に記載の観察装置。（６）
（付記７）
前記ヒータを透明発熱体で形成したことを特徴とする付記６記載の観察装置。
（付記８）
前記ヘッドの前記ステージに対する加圧力を調整する加圧調整手段を設けてなることを特徴とする付記２乃至７のいずれか１項に記載の観察装置。（７）
（付記９）
前記被実装体はガラスチップであることを特徴とする付記１乃至８のいずれか１項に記載の観察装置。（８）
（付記１０）
前記基板はガラス基板であることを特徴とする付記１乃至９のいずれか１項に記載の観察装置。
（付記１１）
前記撮像手段としてＸ線カメラ又は赤外線カメラを用いたことを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の観察装置。（９）
（付記１２）
実装基板に電子部品をアンダーフィル剤を介在させてフリップチップ実装する実装工程を有する電子装置の製造方法において、
前記実装工程中に、前記アンダーフィル剤内に発生するボイドを観察する観察工程を実施することを特徴とする電子装置の製造方法。（１０）
（付記１３）
前記観察工程では、付記１乃至１１のいずれか１項に記載の観察装置を用いて前記ボイドの発生を観測することを特徴とする付記１２記載の電子装置の製造方法。

図１は、本発明に係る観察装置の基本構成図である。 図２は、本発明の一実施例である観察装置の斜視図である。 図３は、本発明の一実施例である観察装置を示しており、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図である。 図４は、本発明の一実施例である観察装置のヘッド移動機構近傍の構成を説明するための図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は底面図である。 図５は、本発明の一実施例である観察装置の吸着ヘッド及び搭載ステージを拡大して示す断面図である。 図６は、本発明の一実施例である観察装置の一部を断面とした右側面図である。 図７は、撮像カメラを搭載ステージの下部に配置した観察装置の一部を断面とした右側面図である。 図８に（Ａ）はガラス基板の平面図であり、（Ｂ）はガラスチップの平面図である。 図９は、ガラスチップをガラス基板に実装する直前の状態を示す図である。 図１０は、ガラスチップをガラス基板に実装することにより、アンダーフィル剤にボイドが発生した状態を示す図である。 図１１は、本発明の一実施例である観察装置の制御系の構成を示すブロック図である。 図１２は、制御装置が実施するボイド観察処理のフローチャートである。 図１３は、吸着ヘッドをガラスにより構成した変形例を示す断面図である。 図１４は、本発明の一実施例である観察装置を適用した実装装置の正面図である。 図１５は、本発明の一実施例である半導体製造方法の一例を示す工程図である。

符号の説明

１ 観察装置
２ 実装手段
３ 観察手段
４ 被実装体（ガラスチップ）
５ 基板（ガラス基板）
６ バンプ
７ 電極
８ 吸着ヘッド
９ 第１の開口部
１０ 搭載ステージ
１１ 第２の開口部
１２ アンダーフィル剤
１３ ボイド
２０，２０Ａ，２０Ｂ 観察装置
２３ 撮像カメラ
２４ レンズユニット
２５ カメラステージ
２６ 照明
２７ ヘッド移動機構
２８ ヘッド駆動モータ
２９ 固定ステージ
３０ 加圧力調整機構
３１ ヘッドホルダ
３２ チップ吸着部
３３ 開口部
３４ ヘッド用吸引継手
３５ 吸引配管
３６ チップ用ヒータ
４０ ステージ移動装置
４１ Ｘ−Ｙステージ
４２ θステージ
４４ 基板用吸引継手
４５ 吸引配管
４６ 基板用ヒータ
４７ チップ用吸引装置
４８ 基板用吸引装置
５０ 制御装置
５１ 表示装置
５２ 記憶装置
６０ 吸着ヘッド
６１ 透明ヒータ
７０ 実装装置
７１ 搬送ロボット
７２ 搬送コンベア

Claims (7)

1. 基板に被実装体をアンダーフィル剤を介在させてフリップチップ実装する際に、該アンダーフィル剤に発生するボイドの発生を観察する観察装置であって、
   前記被実装体を保持するヘッドと、前記基板を搭載するステージとを有し、前記被実装体を前記基板に実装する実装手段と、
   前記実装手段による前記被実装体の前記基板への実装処理中における、前記アンダーフィル剤の挙動を撮像する撮像手段を有する観察手段とを有し、
   前記ヘッドの前記被実装体のアンダーフィル剤に発生するボイドの発生を観察する撮像位置に第１の開口部を形成し、
   該第１の開口部と対向する位置に前記撮像手段を配置した観察装置。
2. 前記ヘッド又は前記ステージの少なくとも一方に、前記被実装体又は前記基板を加熱するヒータを設けた請求項１記載の観察装置。
3. 前記ヘッド又は前記ステージの少なくとも一方を透明部材により形成した請求項１又は２記載の観察装置。
4. 前記ヘッドの前記ステージに対する加圧力を調整する加圧調整手段を設けた請求項１乃至３のいずれか一項に記載の観察装置。
5. 前記被実装体はガラスチップである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の観察装置。
6. 前記撮像手段としてＸ線カメラ又は赤外線カメラを用いた請求項１乃至５のいずれか１項に記載の観察装置。
7. 基板に被実装体をアンダーフィル剤を介在させてフリップチップ実装する際に、該アンダーフィル剤に発生するボイドの発生を観察するボイドの観察方法であって、
   前記被実装体を保持するヘッドと、前記基板を搭載するステージとを用い、前記被実装体を前記基板に実装する工程と、
   前記被実装体の前記基板への実装処理中における、前記アンダーフィル剤の挙動を撮像手段を用いて撮像する工程とを有し、
   前記ヘッドの前記被実装体のアンダーフィル剤に発生するボイドの発生を観察する撮像位置に第１の開口部を形成し、
   該第１の開口部と対向する位置に前記撮像手段を配置してボイドを観察するボイドの観察方法。

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