JPH10284501A

JPH10284501A - ボール配列基板

Info

Publication number: JPH10284501A
Application number: JP10530997A
Authority: JP
Inventors: Hideji Hashino; 英児橋野; Kenji Shimokawa; 健二下川; Kohei Tatsumi; 宏平巽
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-04-08
Filing date: 1997-04-08
Publication date: 1998-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】精度よく吸着状態の良否を認識し、確実にボ
ールバンプを形成させるためのボール配列基板を提供す
る。【解決手段】ボール配列基板１は、半導体素子または
基板等の電極に対応する位置に微小導電性ボール３を吸
着保持し配列させる。微小導電性ボール３を吸着したボ
ール配列面に光をあて、微小導電性ボール３とボール配
列面からの反射光により、微小導電性ボール３の配列状
態の良否を光学的に認識する際、光源の波長を３００〜
９００ｎｍの範囲で設定すると共に、光源に対する反射
率を５０％以下とる。微小導電性ボール３を吸着させる
ボール配列面に反射抑制膜４が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子または
基板等の電極部に対して多数の微小ボールを接合してバ
ンプを形成させるための、ボール保持確認手段を有する
微小ボールの配列基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、半導体
素子の電極部（電極パッド）や基板等の電極部に導電性
の微小ボールでバンプを形成し、半導体素子と基板、あ
るいは基板同士等をバンプを介して接合する方法がある
（ボールバンプ法）。このバンプを形成する際に、各々
の電極位置に対応した位置にボール配列孔を有し、各配
列孔に微小ボールを列設配置するようにした配列基板が
使用される。

【０００３】このバンプ形成では、例えば半導体素子の
電極パッドにバンプを形成させる場合、真空吸引等の方
法により配列基板のボール配列孔に微小ボールを吸引さ
せて保持させる。その際、１つのボール配列孔に１つの
微小ボールが確実に吸着されなければならない。ボール
吸着もれがあると、電極上にバンプが形成されず電極間
の導通が得られない。また１つのボール配列孔に２個以
上の微小ボールが吸着されると、隣の電極パッドと接触
する等不良となるからである。

【０００４】微小ボールの吸着状況を確認する方法とし
て、配列基板の側面、背面からレーザ光を照射し、吸着
もれや余剰ボール吸着等の吸着エラーを検出する方法が
知られている。吸着エラーが生じた場合、余剰の微小ボ
ールの除去や再吸着等を行うことで吸着エラーを解消す
る。ボール配列孔に過不足なく微小ボールが吸着したこ
とを確認後、その状態を保持したままで配列基板をバン
プ接合用ステージまで搬送し、接合用ステージ上の半導
体素子の電極パッドと微小ボールの位置合わせを行う。

【０００５】位置合わせ終了後、微小ボールを吸着保持
した配列基板を下降させて微小ボールと半導体素子の電
極パッドを熱圧着させることによってバンプを形成す
る。あるいはプリント配線板等の電極部に低融点金属よ
りなるバンプを形成させる場合では、電極部にあらかじ
めフラックスを供給しておき、微小ボールを電極部に配
列した後リフローする方法が一般的である。

【０００６】先に述べたように、これまで微小ボールの
吸着状態の検査の一例として配列基板の正面や側面等か
らレーザー光を照射し、吸着もれや余剰ボールを検査す
る方法がある。ボールの「ヌケ」がある場合には配列基
板正面から照射されたレーザ光がボール配列孔を通っ
て、配列基板の背面に設けられている受光部へ到達し、
これによりボールヌケの情報が得られる。また、余剰ボ
ールは側面からのレーザ光を遮断し、その反対側の受光
部へ到達しないため、余剰ボールの情報が得られる。と
ころが、このレーザ光による吸着状態の検査ではボール
径が３００μｍ以下（特に２００μｍ以下）になると光
量、位置精度等の問題のために再現性がなく、生産レベ
ルでは用いられていないのが実情である。

【０００７】一方、ボール配列状態の検査に画像認識法
を用いる方法が知れている。この方法では、白黒ＣＣＤ
カメラを用い、配列基板に吸着保持されている微小ボー
ルに光をあてて反射光を取り込む。この反射光を２値化
し、すなわちボールからの反射光を白、また配列基板か
らの反射光を黒とすることでボール配列保持状態を認識
させるというものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
で画像認識法では配列基板上に吸着保持されている微小
ボールを正確に認識することが難しいと考えられてお
り、生産には用いられていなかった。例えば配列基板が
ステンレス等の金属製である場合、配列基板表面の加工
傷や損傷箇所からの反射光による誤認識が生じ、あるい
は配列基板と微小ボールからの反射光に差がないために
反射光を２値化した際にコントラスト差が得られず判別
できないことが懸念されていた。その上、配列基板に設
けたボール吸着孔が機械加工や放電加工、あるいはレー
ザ照射により形成されたものでは、吸着面にバリ等が残
ることがある。この場合特に直径φ２００μｍ以下の微
小ボールをチップ等に搭載したときの精度に大きく影響
していた。

【０００９】また、ガラス製の配列基板を用いた場合、
認識用の光がガラス配列基板を透過し、ガラス配列基板
を保持している治具に達し、この治具からの反射光が金
属製配列基板の場合と同様に誤認式の原因となる。すな
わち、透過光がボール吸着孔付近で乱反射を起こし、吸
着孔周辺が白く光るために吸着されたボールの認識が正
確に行われないことが問題であった。また、ガラス配列
基板自身の表面に点在する微小なキズが光を反射し、こ
のようなキズが原因で微小ボールが付着したものと認識
され、エラーを引き起こす要因となっていた。

【００１０】本発明の目的は、これまでよりも精度よく
吸着状態の良否を認識し、確実にボールバンプを形成さ
せるためのボール配列基板を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によるボール配列
基板は、半導体素子または基板等の電極に対応する位置
に微小導電性ボールを吸着保持し配列させるためのボー
ル配列基板であって、前記微小導電性ボールを吸着した
ボール配列面に光をあて、前記微小導電性ボールと前記
ボール配列面からの反射光により、前記微小導電性ボー
ルの配列状態の良否を光学的に認識する際、その光源の
波長を３００〜９００ｎｍの範囲で設定すると共に、前
記光源に対する反射率を５０％以下としたことを特徴と
する。

【００１２】なお、ここにボール配列基板の反射率と
は、図１に示すように入射光Ａに対する配列基板表面か
らの反射光Ｂ、配列基板裏面からの反射光Ｃ、配列基板
裏面にある配列基板固定治具からの反射光Ｄの全てを含
む反射光の割合をいう。

【００１３】また、本発明のボール配列基板において、
前記微小導電性ボールを吸着させるボール配列面に反射
抑制膜が形成されたことを特徴とする。また、本発明の
ボール配列基板において、形成材料がガラスであること
を特徴とする。

【００１４】また、本発明によるボール配列ヘッドは、
上記いずれかかのボール配列基板を用い、このボール配
列基板を保持する部分の反対側にボール吸着用の減圧空
間を設けたボール保持手段を有することを特徴とする。
また、本発明のボール配列ヘッドにおいて、前記ボール
配列板を保持する部分の反対側に配列基板吸着用の減圧
空間を設けた配列基板保持手段を有することを特徴とす
る。

【００１５】また、本発明によるボール配列装置は、上
記ボール配列ヘッドと、ボール配列状態を認識させるた
めの光源、受光器および画像認識処理装置と、を備え、
前記ボール配列基板に前記微小導電性ボールを配列後、
前記画像処理認識装置によって前記微小導電性ボールの
配列状態の良否を検査するようにしたことを特徴とす
る。

【００１６】また、本発明によるボール配列検査方法
は、半導体素子または基板の電極に対応するように、配
列基板のボール配列面に微小導電性ボールを吸着保持し
配列させる工程と、前記微小導電性ボールを吸着したボ
ール配列面に光をあて、前記微小導電性ボールと前記ボ
ール配列面からの反射光を用いて、前記微小導電性ボー
ルの配列状態の良否を光学的に認識する工程と、を含む
ボール配列検査方法であって、光源の波長を３００〜９
００ｎｍの範囲で設定すると共に、前記光源に対する反
射率を５０％以下としたことを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
好適な実施の形態を説明する。本発明の実施形態におい
て、半導体素子または基板の電極に対応する位置に、ボ
ール配列基板のボール配列面に微小導電性ボールを吸着
保持し、微小ボール吸着後の検査工程で画像認識法を用
いるものとする。従ってボール配列基板とこれに吸引保
持された微小ボールに光を当て、それらの反射光をＣＣ
Ｄカメラによって光学的に検出する。

【００１８】ここで、図２に示されるようにボール配列
基板１において、半導体素子または基板の電極に対応す
る位置にボール配列孔２を有し、ボール配列面に微小導
電性ボール３を吸着保持する。そして、本実施形態では
特に配列基板１のボール配列面に反射抑制膜が形成され
る。この反射抑制膜としては後述するコーティング膜４
が好適である。

【００１９】認識用光源の１例としてキセノンランプを
用いた場合、ボール配列基板１からの反射光量が５０％
以下、好ましくは２０％以下とする。このようにボール
配列基板１からの反射光量を抑えることにより、微小導
電性ボール３とボール配列基板１のコントラスト差を明
確にし、より正確な画像認識を実現することができる。

【００２０】一般に、画像認識法ではＣＣＤカメラで取
り込んだ画像を入射光量の多少によって２５６階調で画
面に表示している。２値化処理において、２５６階調の
うちで所定のしきい値を決め、そのしきい値を基準に
白、黒を判別する。ここで、微小ボールとボール配列基
板の反射光量分布の１例を図３に示す。微小ボールとボ
ール配列基板を２値化によって判別する場合、この例の
ようにそれぞれの反射光量分布が重なっていると、両者
を明確に分けることが困難になる。

【００２１】本発明のボール配列基板１を用いることに
より、微小ボール３とボール配列基板１自体からの反射
光量に明確な差をつけることで、図４のようにボール配
列基板１と微小ボール３の階調度差ができ、２値化によ
って微小ボールを確実に判別することができる。図中の
コーティングしたボール配列基板１の反射率は、入射光
波長が４００〜８００ｎｍのとき、その全波長領域でお
よそ２０％である。微小ボール３の材質、表面形状が変
化したことによってボールからの反射光階調度に変動は
あるが、本発明のボール配列基板１を用いた場合、微小
ボール３の状態にかかわらず判別することができる。特
にボール配列基板１の反射率が５０％以上である場合、
微小ボール３の表面状態によってはその程度の反射率を
持つものもあるのでボール配列基板１からの反射光と区
別が付かないことがある。

【００２２】さて、ボール配列基板１の反射率を減少さ
せるには、ボール配列基板１そのものに黒色の材料を用
いてもよいが、この実施形態のように配列基板表面にほ
ぼ黒色のコーティング膜４を形成することにより、簡便
かつ低コストの配列基板の作製法を実現する。ここに、
「ほぼ黒色」とは厳密な意味の黒色でなくともよく、す
なわち認識に用いる光源の光の反射を抑制し得る色合い
（例えば白色光を用いる場合は焦げ茶色や深い青色等）
であればよい。また、コーティング方法はスパッタ、真
空蒸着、イオンプレーティング、ＣＶＤ等でもよいし、
メッキ、塗布等でもよい。コーティング膜としては反射
を抑制するものであれば何でもよく、酸化物（Ｗ
₂Ｏ₅、Ｆｅ₂Ｏ₃、酸化クロム等）、窒化物（Ｓｉ
Ｎ、ＴｉＮ等）、炭化物（ＳｉＣ、ＴｉＣ等）等があ
る。

【００２３】また、ペロブスカイト構造等を有する複雑
な結晶構造の酸化物等でもよいし、アモルファス構造の
酸化物等でもよい。また、コーティングは多層膜構造に
よる多重反射を利用してもよいし、ほぼ黒色の粉末を含
んだ溶液を塗布して乾燥させてもよい。あるいはコーテ
ィング膜上に透明な膜（例えばＳｉＯ₂）を積層し、黒
色コーティング層を挟む構造でもよい。コーティング膜
厚については０．０５〜１００μｍまでを検討した。ボ
ール配列基板１に透明なガラスを用いた場合、配列基板
保持治具からも光が反射されるが、配列基板表面をコー
ティングによって配列基板保持治具からの反射も抑制す
ることができる。

【００２４】従来のボール配列基板のようにステンレス
等の金属を用いた場合、Ｓｉチップ等との大きな熱膨張
係数差に起因して、接合時の熱による配列基板の熱膨張
によりボール配列時に電極と配列孔の位置ずれが生じる
ことがある。ガラスを用いた場合、金属よりも低熱膨張
率であるため、高温の接合に対しても精度の良いボール
接合が可能である。これにより近年の電極間の狭ピッチ
化、ボール縮小化等の傾向に対して有効に対応可能であ
る。ガラスのうちでも特に感光性ガラスを用いると、一
般のガラスを用いた場合に比べ、精度よく微細なボール
配列孔を形成することができ、孔明けの加工精度も優れ
ている。そのため孔形状のよい微細なボール配列孔を形
成することができ、孔エッジからの反射光も抑制でき、
チップ等へのボール搭載精度も向上する。

【００２５】画像認識に必要な光は微小ボールに対して
斜めから当ててもよいし、垂直に当ててもよい。受光器
には１台以上のＣＣＤカメラ（カラーおよび白／黒共に
可）や、ラインセンサ等も使用することができる。ま
た、配列基板表面にサンドブラスト等の処理によって微
細な凹凸を付け、光を散乱させて実効的に反射光量を減
らしてもよい。

【００２６】なお、本発明によるボール配列基板は金ボ
ールのチップへの配列の他に、所謂ＴＡＢ等のフィルム
キャリアの電極への金や半田ボールの配列、あるいはプ
リント配線板の電極への金や半田ボールの配列等にも適
用することができる。本発明によるボール配列基板と、
そのボール配列基板と微小ボールを保持するための減圧
空間をボール配列基板を保持する面と逆側に設けた保持
手段を含むヘッドと併用すると、極めて高精度にボール
バンプを形成できる。また、吸着以外の方法による微小
ボールの保持法であっても黒色配列基板を用いることは
画像認識に有効な手段である。

【００２７】

【実施例】次に、本発明によるボール配列基板を用いた
微小ボールの吸着エラー検出の実施例を説明する。コー
ティング膜としてＷ₂Ｏ₅、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＴｉＮ、Ｔｉ
Ｃの４種類について実施した。これらのコーティング膜
の有するガラス基板を用い、ボールを吸着保持させてＣ
ＣＤカメラによる画像認識を行った。表はこの検出結果
を示している。なお、表中には、コーティングなしのガ
ラス基板による認識結果も併せて記載している。

【００２８】

【表１】

【００２９】本実施形態における画像認識法によるエラ
ー検出では、次の諸条件に従って行った。使用配列基板：感光性ガラス配列基板吸着孔数：３００使用ボールサイズ：φ３０、６０、１００、３００μｍボール材料：Ａｕ、半田光源：キセノンランプコーティングなし（比較例）基板：反射率＝１０〜１５
％、透過率＝８５〜９０％コーティングした基板：反射率＝５〜４０％、透過率＝
３〜１０％試験回数：１００回

【００３０】表中、「×」印は誤認識であったものを示
し、微小ボールの吸着に過不足があったにもかかわらず
正常と判断した場合、あるいは正常に吸着したにもかか
わらず不良と判断した場合をいう。また、「○」印は余
剰ボールの有無、吸着もれの認識を正確に行えた場合で
ある。結果をみると、コーティングなしのガラス基板で
は吸着した微小ボールに過不足が生じても正常に吸着さ
れたと判断されてしまう。５種類のコーティング膜で配
列基板表面からの反射光を抑えたものでは、微小ボール
の吸着過不足を正確に判断できるようになることがわか
る。コーティングなしの配列基板は、平均して15％の割
合で誤認識が発生した。

【００３１】本発明のボール配列基板を用いれば、今後
の半導体素子の動向に合ったボール径、ピッチに対して
も正確なバンプ形成を確実に行うことができる。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明したように本発明によれば、
微小ボール配列基板において微小ボール吸着後の吸着状
況検査の際、配列基板表面からの反射光を抑え、これに
より画像認識精度が格段に向上し、半導体チップ、フィ
ルムキャリアおよび基板等の電極に高精度で微小導電性
バンプを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるボール配列基板の反射率を説明
する図である。

【図２】本発明のボール配列基板の実施形態における構
成例を示す斜視図および断面図である。

【図３】微小ボールとボール配列基板の反射光量分布の
１例を示す図である。

【図４】本発明に係る微小ボールとボール配列基板の反
射光量分布の１例を示す図である。

【符号の説明】

１微小ボール配列基板２ボール配列孔３微小ボール４コーティング膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子または基板等の電極に対応す
る位置に微小導電性ボールを吸着保持し配列させるため
のボール配列基板であって、前記微小導電性ボールを吸着したボール配列面に光をあ
て、前記微小導電性ボールと前記ボール配列面からの反
射光により、前記微小導電性ボールの配列状態の良否を
光学的に認識する際、その光源の波長を３００〜９００
ｎｍの範囲で設定すると共に、前記光源に対する反射率
を５０％以下としたことを特徴とするボール配列基板。
【請求項２】前記微小導電性ボールを吸着させるボー
ル配列面に反射抑制膜が形成されたことを特徴とする請
求項１に記載のボール配列基板。
【請求項３】形成材料がガラスであることを特徴とす
る請求項１または２に記載のボール配列基板。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載のボ
ール配列基板を用い、このボール配列基板を保持する部
分の反対側にボール吸着用の減圧空間を設けたボール保
持手段を有することを特徴とするボール配列ヘッド。
【請求項５】請求項４に記載のボール配列ヘッドにお
いて、前記ボール配列基板を保持する部分の反対側に配列基板
吸着用の減圧空間を設けた配列基板保持手段を有するこ
とを特徴とするボール配列ヘッド。
【請求項６】請求項５に記載のボール配列ヘッドと、
ボール配列状態を認識させるための光源、受光器および
画像認識処理装置と、を備え、前記ボール配列基板に前記微小導電性ボールを配列後、
前記画像処理認識装置によって前記微小導電性ボールの
配列状態の良否を検査するようにしたことを特徴とする
ボール配列装置。
【請求項７】半導体素子または基板の電極に対応する
ように、配列基板のボール配列面に微小導電性ボールを
吸着保持し配列させる工程と、前記微小導電性ボールを
吸着したボール配列面に光をあて、前記微小導電性ボー
ルと前記ボール配列面からの反射光を用いて、前記微小
導電性ボールの配列状態の良否を光学的に認識する工程
と、を含むボール配列検査方法であって、光源の波長を３００〜９００ｎｍの範囲で設定すると共
に、前記光源に対する反射率を５０％以下としたことを
特徴とするボール配列検査方法。