JPH10308412A

JPH10308412A - 粒子配列装置およびこれを用いた粒子配列方法

Info

Publication number: JPH10308412A
Application number: JP9130518A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kuwazaki; 聡桑崎
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-05-02
Filing date: 1997-05-02
Publication date: 1998-11-17

Abstract

(57)【要約】【課題】ＴＡＢやフリップチップ・ボンディングにお
けるバンプ形成を転写方式で行う場合の転写漏れを防止
する。【解決手段】ハンダ・ボール配列部Ｉにおいて、ハン
ダ・ボールＳＢの直径よりも開口径の大きい第１開口５
ａを有する第１マスク板５と、開口径の小さい第２開口
６ａを有する第２マスク板６とを互いの開口同士をアラ
イメントさせた状態で近接保持し、第１開口５ａ内にハ
ンダ・ボールＳＢをひとつずつ捕捉させる。第２マスク
板６は、その背面側の多孔質平板２を通じた排気により
表面に生ずる吸引力を利用してハンダ・ボールＳＢを保
持する。この後、第２マスク板６上から第１マスク板５
を分離し、配列部ステージ１をハンダ・ボール転写部II
に移送し、ここで転写ヘッド２１を用いて最終的にハン
ダ・ボールＳＢをデバイス・チップ３１の電極パッド３
２上に転写する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップの電
極パッドやＴＡＢ（テープ自動ボンディング）テープの
リードの末端にハンダ・ボールを正確かつ効率良く転写
することを可能とする粒子配列装置、およびこれを用い
た粒子配列方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイス・チップの電極パッドと
外部リードとの電気的接続法としては、ワイヤ・ボンデ
ィング，ＴＡＢ，フリップチップ・ボンディングの３方
式が代表的である。このうち、ＴＡＢ方式とフリップチ
ップ・ボンディング方式では、電気的接続の媒体として
バンプ（ハンダ・ボール）が必要である。すなわち、Ｔ
ＡＢ方式ではデバイス・チップの電極パッドとＴＡＢテ
ープ上に形成されたフィルム状のリードとの間にハンダ
・ボールが介在され、フリップチップ・ボンディング方
式ではデバイス・チップの電極パッドと実装基板上に形
成されたリードとの間にハンダ・ボールが介在される。

【０００３】上記ハンダ・ボールの形成法としては、デ
バイス・チップの電極パッドの露出部をバリヤメタルで
一旦覆い、このバリヤメタルを被覆するようなハンダ膜
のパターンを形成し、リフロー・アニールを行ってハン
ダ膜を自身の表面張力を利用してバリヤメタル上で自己
整合的に収縮させる方法、あるいはワイヤ・ボンダを用
いて電極パッド上にバンプをひとつひとつ形成してゆく
方法が、従来より広く採用されてきた。

【０００４】さらに近年では、上述のように工数やコス
トのかかる直接的な形成方法に代わり、転写バンプ法が
提案されている。これは、専用の転写基板上に電解メッ
キ法によりハンダ・ボールを形成し、ＴＡＢ方式ではこ
のハンダ・ボールをＴＡＢテープのリードと位置合わせ
し、またフリップチップ・ボンディング方式ではこのハ
ンダ・ボールをデバイス・チップの電極パッドと位置合
わせした状態でそれぞれ加熱圧着を行うことにより、リ
ードや電極パッド上にハンダ・ボールを転写する方法で
ある。特にＴＡＢ方式は、この転写バンプ法の提案によ
って汎用化されたと言っても過言ではない。

【０００５】しかし、電解メッキ法で形成されたハンダ
・ボールはその表面が平坦であるため、個々のボール高
さが正確に揃っていないと転写ムラが生ずる問題があっ
た。この問題を解決するための技術として、転写基板上
に球形のハンダ・ボールを配列させることを前提とした
微細金属球の配列装置が特公平７−２７９２９号公報に
開示されている。ただし、電解メッキ法では予めハンダ
・ボールを形成すべき位置を特定することができるのに
対し、球形のハンダ・ボールはバラバラの状態で作製さ
れる。したがって、球形のハンダ・ボールを所定の位置
にいかに能率良く配列するかが、上記方法の成否を決定
する。

【０００６】そこで上記の装置では、図１４に示される
ように、転写基板４０に貫通孔４３を設け、この貫通孔
４３の開口径を裏面側ではハンダ・ボールｂｐの球径よ
りも小、上面側ではやや大としておくことにより、この
転写基板４０自身に位置決め用の治具の機能を持たせ、
かつこの転写基板４０の裏面側を減圧とすることにより
ハンダ・ボールｂｐを貫通孔４３内に吸引固定させてい
る。このときの減圧操作は、転写基板５０とこれを保持
するホルダ４６との間に形成される背面空間４７を排気
管４８を通じて排気することにより行われる。

【０００７】上記貫通孔４３は、実際にはハンダ・ボー
ル粒径よりも小さな直径ｄ₁を有する開口４４を形成し
た平板４１と、ハンダ・ボール粒径よりも大きな直径ｄ
₂を有する開口４５を形成した平板４２とを積層するこ
とにより形成されている。また、貫通孔４３の深さは、
ハンダ・ボールｂｐを捕捉した際に該ハンダ・ボールｂ
ｐを粒径の１／２以内の高さで突出させるように設定さ
れており、実際上は２枚の平板４１，４２の厚さｔ₁，
ｔ₂が最適化されている。このようにして配列されたハ
ンダ・ボールｂｐは、たとえばＴＡＢテープ上のリード
上に転写され、さらにこのＴＡＢテープがデバイス・チ
ップと圧着されることにより、デバイス・チップの実装
が終了する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ハンダ・ボ
ールは１個の電極パッドまたは１本のリードにつき１個
だけ配置されるものである。したがって、数十〜百数十
もある電極やリードのたった１カ所でもハンダ・ボール
の転写漏れが起これば、そのデバイス・チップは不良と
なる。上述の装置では、貫通孔４３にハンダ・ボールｂ
ｐを捕捉したままの状態で転写を行うので、転写に必要
なハンダ・ボールｂｐの突出量を確保するためには、ハ
ンダ・ボールｂｐの粒径をかなり厳密に制御する必要が
生ずる。ただし、ハンダ・ボールｂｐは隣接する電極パ
ッド間あるいはリード間のピッチが狭くなればこれに応
じて微細化されるので、粒径そのものの均一制御はます
ます困難となる。さらに、これに伴ってＴＡＢテープの
リードの平面度、ボンディング・ツールの平面度、転写
基板とＴＡＢテープとの平行度に関しても要求精度が上
昇し、これらの調整は今後の高密度実装化の進展と共に
極めて難しくなるものと予測される。

【０００９】そこで本発明は、かかる困難な制御を行っ
たり、著しく装置の精度を高めることなく、より簡便か
つ確実に粒子、典型的にはハンダ・ボールを転写するこ
とが可能な粒子配列装置、およびこれを用いた粒子転写
方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の粒子配列装置
は、粒子の載置と粒子配列の規定とを各々独立した部材
に担当させ、粒子配列時には両部材を近接、粒子転写時
には両部材を分離させる機構を備えることにより、上述
の目的を達成しようとするものである。上記粒子配列装
置はそのための構成要素として、粒子の供給手段と、一
方の主面が上記供給手段から供給される粒子の配列面と
される多孔質平板と、上記多孔質平板を支持し、かつ該
多孔質平板の他方の主面と共に閉空間を形成するステー
ジと、上記閉空間に接続され、その内部を排気すること
により前記多孔質平板の配列面に吸引力を生起させる排
気手段と、上記多孔質平板の配列面上に保持され、上記
粒子の直径よりも小さな直径を有する第２開口が該粒子
の所定の配列パターンにしたがって開口された第２マス
ク板と、上記第２マスク板と接触配置もしくは平行近接
配置され、上記粒子の直径よりも大きな直径を有する第
１開口が該第２マスク板と同じ配列パターンにしたがっ
て開口された第１マスク板と、上記第１マスク板と前記
第２マスク板とを近接／離間自在となすために、前記ス
テージもしくは該第２マスク板の少なくとも一方に接続
される配列部駆動手段と、上記第１開口に収容し切れな
かった余剰粒子を回収する回収手段とを備えた粒子配列
部を有するものである。

【００１１】このような粒子配列装置を用いて粒子を配
列させるには、上記第２マスク板と上記第１マスク板と
を互いの開口同士をアライメントさせた状態で近接保持
し、該第２マスク板側から吸引力を生起させながら該第
１マスク板側から供給される粒子を該第１開口内に捕捉
させた後、第１マスク板と第２マスク板とを分離し、第
２開口の各々の上に前記粒子をひとつずつ配列させる。
特に、第１開口と第２開口とのアライメントずれの上限
を前記粒子の直径Ｃの半分と規定する場合、該第１開口
の直径Ａと該第２開口の直径Ｂとを式（３）０．５Ａ＋０．５Ｂ−Ｃ＞０ …（３）の関係を満足するように設定することが好適である。

【００１２】上記粒子配列部で第２マスク板上に配列さ
れた粒子がたとえばハンダ・ボールである場合、これら
は最終的にはデバイス・チップ等の被転写体の上に配列
される必要がある。本発明の装置では、上記多孔質平板
の配列面上に配列された粒子を一時的に保持した後に、
この粒子を被転写体の被転写面上に固定するための転写
ヘッドと、粒子配列部と転写ヘッドとの間でステージを
往復させるステージ往復手段と、被転写体を転写ヘッド
と対向配置させるための被転写体駆動手段とを備えた粒
子転写部が上記の粒子配列部に隣接して配されている。
上記転写ヘッドは、一方の主面を粒子の一時的な保持面
とする透明平板と、該透明平板の他方の主面側から光を
照射する照射光学系と、該保持面を前記多孔質平板の配
列面または前記被転写体の被転写面に対して近接／離間
自在となす駆動手段とを備える。

【００１３】上記被転写面への粒子の固定は、上記転写
ヘッドの保持面上に保持された粒子を予め該被転写面上
に形成された光硬化接着剤の塗膜に接触させ、この状態
で該転写ヘッドに内蔵される照射光学系を用いて光を照
射して該塗膜を硬化させることにより行なうことができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の粒子配列装置および粒子
配列方法では、粒子よりも直径の小さい第２開口と、粒
子よりも直径の大きい第１開口とを重ね合わせて形成さ
れる空間に粒子をひとつずつ正確に捕捉させ、第１開口
を取り去った後にも第２開口上に粒子が安定に保持させ
ることが重要である。このため本発明では、第１開口の
直径Ａ、第２開口の直径Ｂ、粒子の直径Ｃ、および第１
開口の実質深さを最適化する必要がある。

【００１５】ここでまず、粒子の一例としてハンダ・ボ
ールを採用した場合に、ハンダ・ボールが第２開口上へ
定位される条件について、図１０および図１１を参照し
ながら説明する。図１０は、ハンダ・ボールＳＢが第２
開口上へ定位される場合、図１１は定位されない場合を
それぞれ表しており、両図の符号は共通である。これら
の図面は、第１マスク板５の第１開口５ａと第２マスク
板６の第２開口６ａとが所定のアライメント精度をもっ
て重ね合わせられ、（ａ）の図は第１マスク板５装着時
の第１開口５ａ内にハンダ・ボールが捕捉された状態、
（ｂ）の図は第１マスク板５の分離時の状態をそれぞれ
を表している。第１開口５ａの直径Ａ、第２開口６ａの
直径Ｂ、およびハンダ・ボールＳＢの直径Ｃの大小関係
は、当然ながら次式（４）Ｂ＜Ｃ＜Ａ …（４）で表される。

【００１６】上記第１開口５ａと第２開口６ａとは、ア
ライメントＤ₁ずれを生ずることなく重ね合わせられて
いることが理想的である。ここで、アライメントずれＤ
₁とは、第１開口５ａの中心線ａと第２開口６ａの中心
線ｂとの距離として定義される量である。理想的なアラ
イメントが行なわれた際には、中心線ａ，ｂが一致し、
さらに第２開口６ａ上に保持されるハンダ・ボールＳＢ
の中心線ｃもこれらの中心線ａ，ｂと一致することにな
る。

【００１７】しかし、現実には若干のアライメントずれ
Ｄ₁が生ずるのが普通なので、これが生じてもハンダ・
ボールＳＢを第２開口６ａ上に保持させ得る条件を設定
する必要がある。このとき、図１０の（ａ）に示される
ように、第１マスク板５の装着時にたとえハンダ・ボー
ルＳＢが第２開口６ａの開口端によって完全に支持され
ていなくても、ハンダ・ボールＳＢの中心線ｃが第２開
口６ａの内部を通過していれば、第１マスク板５を取り
去った後でも（ｂ）に示されるようにハンダ・ボールＳ
Ｂを第２開口６ａ上に支持させることができる。

【００１８】この状態は、言い換えれば、第１開口５ａ
の中心から第２開口６ａのエッジまでの距離Ｄ₃より
も、第１開口５ａの中心とハンダ・ボールＳＢの中心と
のずれＤ₂の方が大きい（Ｄ₂＞Ｄ₃）状態である。Ｄ
₂およびＤ₃は、それぞれ次式（５），（６）Ｄ₂＝（Ａ−Ｃ）／２ …（５）Ｄ₃＝Ｄ₁−（Ｂ／２）Ｗ …（６）のように表されるので、Ｄ₂＞Ｄ₃が達成される条件は
次式（７）で表される。Ａ＋Ｂ−Ｃ−２Ｄ₁＞０ …（７）

【００１９】これに対し、図１１の（ａ）に示されるよ
うに、ハンダ・ボールＳＢの中心線ｃが第２開口６ａの
外側を通過している時は、第１マスク板５を分離すると
（ｂ）に示されるようにハンダ・ボールＳＢを第２開口
６ａ上に支持させることができない。この状態は、言い
換えれば、第１開口５ａの中心から第２開口６ａのエッ
ジまでの距離Ｄ₃が、第１開口５ａの中心とハンダ・ボ
ールＳＢの中心とのずれＤ₂よりも大きい（Ｄ₂＜
Ｄ₃）状態であり、上式（７）の不等号の向きが逆とな
った場合に相当している。

【００２０】したがって、アライメントずれＤ₁が若干
生じてもハンダ・ボールＳＢを第２開口６ａへ保持させ
るには、式（４）と式（７）を同時に満足するように第
１開口５ａの直径Ａ、第２開口６ａの直径Ｂおよびハン
ダ・ボールＳＢの直径Ｃを組み合わせる必要がある。た
だし、第１開口５ａの直径Ａについては、小さすぎると
第１マスク板５を分離する際に第１開口５ａの内部にハ
ンダ・ボールＳＢが捕捉されたままになる虞れがあり、
また大きすぎるとひとつの第１開口５ａの内部に２個以
上のハンダ・ボールＳＢが捕捉される虞れがある。ま
た、第２開口６ａの直径Ｂについては、小さすぎるとハ
ンダ・ボールＳＢの支持状態が不安定となり、大きすぎ
るとハンダ・ボールＳＢが第２開口６ａの奥深くへはま
り込み、後工程の転写に支障を来す虞れがある。以上の
点を考慮して本発明者が実験的に決定した第１開口５ａ
の直径Ａ、第２開口６ａの直径Ｂおよびハンダ・ボール
ＳＢの直径Ｃの相互関係は、以下のとおりである。１．２Ｃ≦Ａ≦１．６Ｃ …（１）０．２５Ｃ≦Ｂ≦０．９Ｃ …（２）

【００２１】次に、第１開口５ａの実質深さについて、
図１２および図１３を参照しながら検討する。ここで、
第１開口５ａの実質深さＨ₁とは、第２マスク６の上面
から第１マスク５の上面までの距離として定義される量
であり、第１マスク板５と第２マスク板６との間のギャ
ップ長ｇと第１マスク板５の厚みＨ₃との和に等しい。
すなわち、実質深さＨ₁は次式（８）Ｈ₁＝Ｈ₃＋ｇ …（８）で表される。また、ひとつの第１開口５ａには、２つの
ハンダ・ボールが最密充填されている。下側のハンダ・
ボールＳＢ１は最終的に第１開口５ａ内に残されるもの
であり、上側のハンダ・ボールＳＢ２は最終的には余剰
粒子として除去されるものである。

【００２２】この実質深さＨ₁の最適化は、前記第１開
口５ａに収容し切れなかった余剰ハンダ・ボールを、第
１マスク板５の上面と平行近接状態を保ちながら該上面
に沿って移動する可動部材を用いて回収する場合に特に
重要となる。これは、上記可動部材により第１開口５ａ
に完全に捕捉されたハンダ・ボールＳＢ１に損傷を与え
てはならず、かつ第１開口５ａの開口端近傍にとどまっ
ている余剰のハンダ・ボールＳＢ２を完全に除去しなけ
ればならないからである。かかる条件を満たすために
は、第１開口５ａの実質深さＨ₁が前記ハンダ・ボール
の直径Ｃよりも大であり、かつ該第１開口内に２個のハ
ンダ・ボールが最密充填された際の上側のハンダ・ボー
ルの開口端からの突出高さＨ₂が該ハンダ・ボールの半
径（＝Ｃ／２）よりも大であれば良い。

【００２３】したがって、第１開口の実質深さＨ₁は、
おおよそ次式（９）で示される範囲であれば良い。１Ｃ≦Ｈ₁≦１．５Ｃ …（９）あとは、式（９）を満たす範囲で式（８）にもとづき、
第１マスク板５の厚みとＨ₃とギャップ長ｇを決定すれ
ば良い。ただし、ギャップ長ｇをハンダ・ボールＳＢの
直径Ｃよりも十分に小さく選択すべきであることは言う
までもない。また、ギャップ長ｇはゼロであっても構わ
ないが、第１マスク板５と第２マスク板６とを分離する
際の両板間への急激な空気の流入によるハンダ・ボール
配列の乱れやマスク板の磨耗を防止するするためには、
ある程度の大きさに設定しておいた方が良い。

【００２４】図１２は、式（１），（２），（９）にも
とづき、第１開口５ａの実質深さＨ₁が最大となる場合
を示している。すなわち、Ａ＝１．２Ｃ；Ｂ＝０．２５
Ｃ；Ｈ₁＝１．５Ｃであって、かつ下側のハンダ・ボー
ルＳＢ２の中心線が第２開口６ａのエッジとほぼ一致し
ており、しかも第１開口５ａの側壁面で支持された状態
となっている。一方、図１３は、第１開口の第１開口５
ａの実質深さＨ₁が最小となる場合を示している。すな
わち、Ａ＝１．６Ｃ；Ｂ＝０．９Ｃ；Ｈ₁＝１Ｃであっ
て、かつ下側のハンダ・ボールＳＢ２の中心線は第２開
口６ａの中心と一致し、しかも第１開口５ａの側壁面に
接した状態となっている。図１２，１３のいずれの場合
も、上側のハンダ・ボールＳＢ２の突出高さＨ₂は２／
Ｃより大となっており、上記可動部材による除去が可能
とされている。

【００２５】ところで、上記第１マスク板５はその第１
開口５ａの直径Ａがハンダ・ボールＳＢの直径Ｃよりも
大であることから、比較的安価に入手できる金属板等を
用いて構成することができる。一方、上記第２マスク板
６については、第２開口６ａの直径Ｂがハンダ・ボール
ＳＢの直径Ｃよりも小であり、その形成により高い精度
を要することから、感光性樹脂膜を本体として用い、フ
ォトリソグラフィ技術を用いて該第２開口６ａを形成す
ることが好適である。上記感光性樹脂膜としては、通常
の半導体デバイスの製造工程で用いられるフォトレジス
ト材料、あるいはパッシベーション膜として用いられる
感光性ポリイミド膜を用いることができる。

【００２６】以上、本発明の粒子配列装置について第１
開口５ａと第２開口６ａとハンダ・ボールＳＢとの寸法
の相互関係を中心について説明してきたが、実際に上述
のような装置を用いてハンダ・ボールＳＢ粒子を配列さ
せるには、許容されるアライメントずれＤ₁の上限値を
設定し、これに合わせて第１開口５ａの直径Ａと第２開
口６ａの直径Ｂとを決定することになる。本発明では、
このアライメントずれＤ₁の上限値をハンダ・ボールＳ
Ｂの直径Ｃの半分とする。すなわち、Ｄ₁＝２／Ｃを上
述の式（７）に代入すると、次式（３）が得られる。（Ａ／２）＋（Ｂ／２）−Ｃ＞０…（３）この式（３）にしたがって、実際の直径Ａ，Ｂを設定す
る。

【００２７】本発明の粒子配列方法では、上記第２マス
ク板６側から吸引力を生起させることで第２開口６ａ上
にハンダ・ボールＳＢを保持するが、この吸引力は該第
２マスク板６を多孔質平板の一方の主面上に保持し、該
多孔質平板の他方の主面側から排気を行なうことにより
発生させることができる。

【００２８】本発明によれば、従来のようにハンダ・ボ
ールの突出高さ，ＴＡＢテープのリードの平面度，ボン
ディング・ツールの平面度をそれほど厳密に調整しなく
ても、確実かつ高いスループットをもってハンダ・ボー
ルを転写することができる。なお、本発明の粒子配列方
法により配列された粒子が転写される他の平面とは、リ
ードが形成されたＴＡＢテープ、パッド電極が露出され
たデバイス・チップ、あるいはこれらＴＡＢテープやデ
バイス・チップへのハンダ・ボールを転写をさらに途中
で媒介する中間的な転写部材である。

【００２９】以下、本発明の具体的な実施例について説
明する。実施例１ここでは、ハンダ・ボール配列部とハンダ・ボール転写
部とが１本のガイドレールに沿って配され、これら各部
間でステージを移動させながら粒子の配列と転写とを連
続的に行なうことが可能な粒子転写装置の構成例につい
て、図１を参照しながら説明する。この装置は、配列部
ステージ１の移動方向を規定するガイド・レール９の一
端（向かって右側）がハンダ・ボール配列部Ｉ、他端
（向かって左側）がハンダ・ボール転写部IIとされ、図
示されない駆動手段により両部間で配列部ステージ１を
矢印Ｓ方向に往復させることで、配列部ステージ１上へ
のハンダ・ボールＳＢの配列と転写ヘッド２１へのハン
ダ・ボールＳＢの転写とを交互に行うようになされたも
のである。さらに、ハンダ・ボール転写部II内では、デ
バイス・チップ３１を載置する昇降式台座２４も同じガ
イド・レール９に沿って矢印Ｕ方向に往復可能とされ、
上記配列部ステージ１と交互に転写ヘッド２１の真下に
位置決めされることにより、転写されたハンダ・ボール
ＳＢを被転写面上に順次受け入れるようになされてい
る。

【００３０】上記ハンダ・ボール配列部Ｉは、一端がス
テージ搬出入のためのゲート１０ａとして開放された枠
体１０に包囲されており、この枠体１０の天井側には第
１マスク板５、この第１マスク板５の上方からハンダ・
ボールＳＢを供給するためのハンダ・ボール供給管１
３、第１マスク板５上で配列されなかった余剰のハンダ
・ボールＳＢを掻き集めるためのスキージ７、このスキ
ージ７の動作を矢印Ｑ方向に規定するためのガイド・レ
ール１１、およびスキージ７を駆動させるための図示さ
れない駆動手段が組み込まれている。

【００３１】上記第１マスク板５は厚さ約４０μｍのニ
ッケル板からなり、直径５５μｍの第１開口５ａを有し
ている。使用するハンダ・ボールＳＢの直径を４０μｍ
とすると、上記第１開口５ａの直径はその１．３６倍で
ある。また、第１マスク板５の厚みだけに着目すれば、
第１開口５ａの深さはハンダ・ボールＳＢの直径と等し
いが、実際の使用時には第１マスク板５と後述の第２マ
スク板６との間のギャップ長ｇがこの厚さに加わるの
で、第１開口５ａの実質深さはハンダ・ボールＳＢの直
径よりも大となる。つまり、上記第１開口５ａは、ハン
ダ・ボールＳＢ１個分を余裕をもって収容できると共
に、２個のハンダ・ボールＳＢが重なって保持された場
合にも、上側のハンダ・ボールＳＢをその半径分以上突
出させ、上記スキージ７による除去を容易とするもので
ある。なお、上記スキージ７と第１マスク板５との間の
ギャップは、余剰のハンダ・ボールＳＢを漏れなく掻き
集められる様、ハンダ・ボールＳＢの直径の１／２以
下、ここでは２０μｍ以下に設定されている。

【００３２】上記配列部ステージ１の上面には、たとえ
ばセラミック焼結材からなる多孔質平板２がはめ込まれ
ており、これら配列部ステージ１と多孔質平板２とが一
体となって内部に閉空間を形成している。この閉空間
は、排気孔４を通じて排気ユニット１２に接続され矢印
Ｐ方向に排気されることにより、減圧室３として機能す
る。上記多孔室平板２は平均直径約０．２μｍの細孔を
有しており、空気を通過させることができるので、上記
排気ユニット１２により上記減圧室３の気圧を大気圧よ
りも小とすれば、該多孔質平板２の表面に吸引力が生起
させることができる。

【００３３】上記多孔室平板２の表面には、第２マスク
板６が載置されている。この第２マスク板６は、厚さ約
２０μｍの感光性ポリイミド膜よりなり、ＫｒＦエキシ
マ・レーザ・リソグラフィにより直径約３０μｍの第２
開口６ａが形成されている。この第２開口６ａの直径
は、ハンダ・ボールＳＢの直径（４０μｍ）の０．７５
倍である。したがって、ハンダ・ボールＳＢは上記第２
開口６ａの内部に落ち込むことなく、その上端部に安定
に保持されることになる。

【００３４】上記配列部ステージ１は、前述のガイド・
レール９に係合された昇降式台座８上に固定されてい
る。すなわち、昇降式台座８を矢印Ｓ方向に沿って移動
させることで、配列部ステージ１が移動される。さら
に、上記の昇降式台座８は、矢印Ｒ₁，Ｒ₂方向に伸縮
可能とされており、ハンダ・ボール配列部Ｉにおいて第
２マスク板６と第１マスク板５との間のギャップ長ｇを
調節自在とされている。ただし、上記矢印Ｒ₁，Ｒ₂方
向の伸縮量は配列部ステージ１全面にわたって均一でな
くても良い。たとえば、アクチュエータを用いて配列部
ステージ１の一端における伸縮量を大、他端における伸
縮量を小とすることにより、ハンダ・ボール配列時、も
しくはハンダ・ボール配列後の第１マスク板５からの離
間時に配列部ステージ１の粒子配列面を水平面から若干
傾斜させることができる。

【００３５】一方、ハンダ・ボール転写部IIには、転写
ヘッド２１が備えられている。この転写ヘッド２１は、
照射光学系２３を内蔵し、またステージ対向面には表面
に粘着性塗料を塗布された石英窓２２を備える。上記照
射光学系２３は、後述する様にデバイス・チップ３１の
電極パッド３２上へのハンダ・ボールＳＢの固定をＵＶ
硬化接着材を介して行うために備えられているものであ
り、接着剤硬化反応に必要な光エネルギーを供給する露
光光源と、この光源からの露光光を石英窓２２へ均一に
導くための光ファイバ束から構成されている。この転写
ヘッド２１は、矢印Ｔ₁，Ｔ₂方向へ沿って昇降するこ
とにより、第２マスク板６上に配列されたハンダ・ボー
ルＳＢを石英窓２２へ付着させ、さらにこのハンダ・ボ
ールＳＢをデバイス・チップ３１上へ転写する。上記デ
バイス・チップ３１は転写部ステージ２５の上面に載置
されており、この転写部ステージ２５はさらに昇降式台
座２４に結合され、この昇降式台座２４が上記ガイド・
レール９に係合されて矢印Ｕ方向に往復されるようにな
されている。

【００３６】なお、図１では転写ヘッド２１の下方へ昇
降式台座８と昇降的台座２４とが交互に移動する構成と
したが、本発明の粒子配列装置はかかる構成に限られる
ものではなく、たとえばハンダ・ボールＳＢを石英窓２
２の表面に付着させた後に転写ヘッド２１をデバイス・
チップ３１の保持されている場所まで移動させ、そこで
ハンダ・ボールＳＢの転写を行なうようにしても良い。
また、転写ヘッド２１を用いたハンダ・ボールＳＢの転
写に際しては、転写ヘッドのみを矢印Ｔ₁，Ｔ₂方向に
昇降させるのではなく、昇降式台座８，２４の昇降とを
同時に行わせても良い。

【００３７】かかる構成を有する本発明の粒子配列装置
を用いれば、ハンダ・ボールＳＢの転写は第１マスク板
５とは分離された状態で行われるので、従来のように転
写基板表面からのハンダ・ボールＳＢの突出高さやボー
ル粒径について高度な制御を行わなくとも、デバイス・
チップへ漏れなくハンダ・ボールを転写することが可能
となる。

【００３８】実施例２ここでは、実施例１で述べた粒子配列装置を用いて、実
際にデバイス・チップ３１の電極パッド３２上にハンダ
・ボールＳＢを転写させる方法について、図２ないし図
９を参照しながら説明する。図２は、第１マスク板５と
第２マスク板６とを互いに近接させ、かつ水平に保持し
た状態で、該第１マスク板５の一角にハンダ・ボールＳ
Ｂを供給した状態を示している。このとき減圧室３は矢
印Ｐ方向に排気されており、この結果として第２マスク
板６の表面には吸引力が発生している。供給されたハン
ダ・ボールＳＢは、この吸引力により、第１開口５ａの
内部に引き込まれた。なおこの時、第１マスク板５に微
振動を与え、第１開口５ａ内へのハンダ・ボールの取り
込みを促進させても良い。

【００３９】次に、図３に示されるように、上記第１マ
スク板５の表面に沿ってスキージ７を矢印Ｑ方向に移動
させることにより、第１開口５ａに収容されなかった
り、あるいは第１開口５ａの上端部からはみ出したハン
ダ・ボールＳＢを回収した。この操作により、第１開口
５ａに収容されたハンダ・ボールＳＢには何ら損傷を与
えることなく、余剰のハンダ・ボールＳＢのみが回収さ
れた。

【００４０】次に、図４に示されるように、配列部ステ
ージ１を矢印Ｒ₁方向へ下降させ、第２マスク板６を第
１マスク板５から分離した。この時、減圧室３の排気は
引き続き行われており、ハンダ・ボールＳＢは各第２開
口６ａ上に１個ずつ、安定に保持された。なお、上記両
マスク板５，６の分離の初期に、配列部ステージ１のチ
ルト動作を行えば、第１マスク板５と配列部ステージ１
の間への急激な空気の流入を防止し、ハンダ・ボールＳ
Ｂの正しい配列を維持することができる。配列部ステー
ジ１の姿勢は、気流の乱れの影響が無視できるようにな
った時点で水平に戻して良い。

【００４１】次に、図５に示されるように、昇降式台座
８を矢印Ｓ方向に沿って移動させることにより、配列部
ステージ１をハンダ・ボール転写部IIへ搬入して転写ヘ
ッド２１の直下へ位置決めし、第２マスク板６のハンダ
・ボール配列面と転写ヘッド２１のハンダ・ボール転写
面、すなわち石英窓２２とを平行に対向させた。

【００４２】次に、図６に示されるように、転写ヘッド
２１を矢印Ｔ₁方向に下降させ、ハンダ・ボールＳＢを
予め粘着材料の塗布された石英窓２２の表面に接触させ
た。本発明では、各ハンダ・ボールＳＢが露出された状
態で第２マスク板６上に存在しており、しかも粘着材料
の塗膜が各ハンダ・ボールＳＢの高さの差を吸収してど
のボールにも十分に接触することができた。この後、減
圧室３の排気を停止した。

【００４３】次に、図７に示されるように、転写ヘッド
２１を矢印Ｔ₂方向へ上昇させ、配列部ステージ１をハ
ンダ・ボール配列部Ｉに戻し、これと入れ替わりに転写
部ステージ２５を転写ヘッド２１の真下へ移動させた。
この転写部ステージ２５上にはデバイス・チップ３１が
電極パッド３２の形成面を上に向けた状態で載置されて
おり、各電極パッド３２の表面には予めＵＶ硬化接着剤
塗膜２２が形成されている。転写ヘッド２１と転写部ス
テージ２５との相対位置は、ハンダ・ボールＳＢと電極
パッド３２とが正確に位置合わせされるように調整す
る。

【００４４】次に、図８に示されるように転写ヘッド２
１を矢印Ｔ₁方向に下降させ、ハンダ・ボールＳＢをＵ
Ｖ硬化接着剤塗膜２２に接触させた。この状態で、露光
光学系２３よりＵＶ光ｈνを照射した。このＵＶ光は石
英窓２２を透過してＵＶ硬化接着剤塗膜３３を硬化さ
せ、これによりハンダ・ボールＳＢが電極パッド３２上
に固定された。この後、図９に示されるように転写ヘッ
ド２１を矢印Ｔ₁方向に上昇させ、デバイス・チップ３
１上へのハンダ・ボールＳＢの転写を終了した。上述の
ような方法により、ハンダ・ボールＳＢは迅速に１個の
漏れもなく、しかも何ら損傷を受けることなくデバイス
・チップ３１上に転写された。

【００４５】以上、本発明の実施の形態を２例挙げた
が、本発明はこれらの実施の形態に何ら限定されるもの
ではない。たとえば、配列部ステージ１上に配列された
ハンダ・ボールは粒子転写部に搬出された後、上述のよ
うな転写ヘッドを使用せずに、通常のボンディング・ツ
ールを用いて直接にＴＡＢテープのリードに加熱圧着さ
れても良い。この他、ハンダ・ボールの構成材料や直
径、第１マスク板および第２マスク板の厚さや開口の寸
法、粒子配列装置の構成の細部については、適宜変更、
選択、組合せが可能である。さらに、本発明はハンダ・
ボール以外の微細な粒子、たとえばＡｕボール，Ｃｕボ
ール，Ｎｉボール等の金属粒子、カーボン粒子、あるい
は樹脂ビーズの表面に金属メッキを施した弾性導電粒子
の配列や転写にも広く適用できるものである。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の粒子配列装置およびこれを用いた粒子配列方法によ
れば、ハンダ・ボールの直径、ＴＡＢテープのリードの
平面度、ボンディング・ツールの平面度、ＴＡＢテープ
や半導体デバイス・チップに対する転写基板（ステー
ジ）の平行度をそれほど厳密に制御することなく、簡便
かつ確実にハンダ・ボール球を配列・転写することがで
きる。これにより、ＴＡＢ方式およびフリップ・チップ
・ボンディング方式によるボンディングの歩留りを向上
させ、半導体装置の生産性を向上させることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の粒子配列装置の一構成例を示す模式的
断面図である。

【図２】本発明の粒子配列方法の一例において、第２マ
スク板と第１マスク板とをアライメントさせた状態で第
１マスク板上にハンダ・ボールを供給した状態を示す模
式的断面図である。

【図３】図２の第１マスク板の第１開口内へハンダ・ボ
ールを捕捉させ、余剰のハンダ・ボールをスキージを用
いて回収している状態を示す模式的断面図である。

【図４】図３の第１マスク板と第２マスク板とを分離し
ている状態を示す模式的断面図である。

【図５】図４の配列部ステージを転写ヘッドの下方へ移
動させている状態を示す模式的断面図である。

【図６】図５の転写ヘッドへハンダ・ホールを転写して
いる状態を示す模式的断面図である。

【図７】図６の転写ヘッドの下方へデバイス・チップを
セットした状態を示す模式的断面図である。

【図８】図７のデバイス・チップ上へハンダ・ボールを
転写している状態を示す模式的断面図である。

【図９】図８のデバイス・チップ上へハンダ・ボールが
転写された状態を示す模式的断面図である。

【図１０】ハンダ・ボールが第２開口上へ定位される場
合の条件を説明するための模式的断面図であり、（ａ）
は第１マスク板装着時、（ｂ）は第１マスク板分離時の
状態をそれぞれ表す。

【図１１】ハンダ・ボールが第２開口上へ定位されない
場合の条件を説明するための模式的断面図であり、
（ａ）は第１マスク板装着時、（ｂ）は第１マスク板分
離時の状態をそれぞれ表す。

【図１２】第１開口内に２個のハンダ・ボールが最密充
填された場合の上側のハンダ・ボール粒子が除去され得
る条件を説明するために、第１開口の実質深さが最大と
なる状態を示す模式的断面図である。

【図１３】第１開口内に２個のハンダ・ボールが最密充
填された場合の上側のハンダ・ボール粒子が除去され得
る条件を説明するために、第１開口の実質深さが最小と
なる状態を示す模式的断面図である。

【図１４】従来の微細金属球の配列装置の一構成例を示
す模式的断面図である。

【符号の説明】

１配列部ステージ２多孔質平板３減圧室４排気孔５第１マスク板５ａ第１開口６第２マスク板６ａ第２開口７スキージ８，２４昇降式台座１２排気ユニット２１転写ヘッド２２石英窓２３照射光学系２５転写部ステージ３１デバイス・チップ３２パッド電極３３ＵＶ硬化接着剤塗膜ＳＢハンダ・ボールＩハンダ・ボール配列部 II ハンダ・ボール転写部Ａ第１開口５ａの直径Ｂ第２開口の直径Ｃハンダ・ボールの直径Ｄ₁ 第１開口と第２開口のアライメントずれＤ₂ 第₁開口の中心とハンダ・ボールの中心とのずれＤ₃ 第１開口の中心から第２開口のエッジまでの距離Ｈ₁ 第１開口の実質深さＨ₂ 上側のハンダ・ボールの突出高さＨ₃ 第１マスク板の厚みｇギャップ長

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒子の供給手段と、一方の主面が前記供給手段から供給される粒子の配列面
とされる多孔質平板と、前記多孔質平板を支持し、かつ該多孔質平板の他方の主
面と共に閉空間を形成するステージと、前記閉空間に接続され、その内部を排気することにより
前記多孔質平板の配列面に吸引力を生起させる排気手段
と、前記多孔質平板の配列面上に保持され、前記粒子の直径
よりも小さな直径を有する第２開口が該粒子の所定の配
列パターンにしたがって開口された第２マスク板と、前記第２マスク板と接触配置もしくは平行近接配置さ
れ、前記粒子の直径よりも大きな直径を有する第１開口
が該第２マスク板と同じ配列パターンにしたがって開口
された第１マスク板と、前記第１マスク板と前記第２マスク板とを近接／離間自
在となすために、前記ステージもしくは該第２マスク板
の少なくとも一方に接続される配列部駆動手段と、前記第１開口に収容し切れなかった余剰粒子を回収する
回収手段とを備えた粒子配列部を有する粒子配列装置。
【請求項２】前記第１マスクの第１開口の直径Ａと、
前記第２マスク板の第２開口の直径Ｂと、前記粒子の直
径Ｃとが、それぞれ式（１）および式（２）１．２Ｃ≦Ａ≦１．６Ｃ …（１）０．２５Ｃ≦Ｂ≦０．９Ｃ …（２）の関係を同時に満足する請求項１記載の粒子配列装置。
【請求項３】前記回収手段が、前記第１マスク板の上
面と平行近接状態を保ちながら該上面に沿って移動する
可動部材を含む請求項１記載の粒子配列装置。
【請求項４】前記第２マスク板の上面から第１マスク
板の上面までの距離として定義される前記第１開口の実
質深さが前記粒子の直径よりも大とされ、かつ該第１開
口内に２個の粒子が最密充填された際の開口端からの上
側の粒子の突出高さが前記粒子の半径よりも大とされる
請求項３記載の粒子配列装置。
【請求項５】前記第２開口は、前記第２マスク板の本
体を構成する感光性樹脂膜に対してフォトリソグラフィ
技術により形成されてなる請求項１記載の粒子配列装
置。
【請求項６】前記多孔質平板の配列面上に配列された
粒子を一時的に保持した後に、該粒子を被転写体の被転
写面上に固定するための転写ヘッドと、前記粒子配列部と前記転写ヘッドとの間で前記ステージ
を往復させるステージ往復手段と、前記被転写体を前記転写ヘッドと対向配置させるための
被転写体駆動手段とを備えた粒子転写部が前記粒子配列
部に隣接して配され、前記転写ヘッドは、一方の主面を粒子の一時的な保持面
とする透明平板と、前記透明平板の他方の主面側から光を照射する照射光学
系と、前記保持面を前記多孔質平板の配列面もしくは前記被転
写体の被転写面に対して近接／離間自在となす駆動手段
とを備えてなる請求項１記載の粒子転写装置。
【請求項７】粒子の直径よりも小さな直径を有する第
２開口が該粒子の配列パターンにしたがって開口された
第２マスク板と、粒子の直径よりも大きな直径を有する
第１開口が該粒子の配列パターンにしたがって開口され
た第１マスク板とを互いの開口同士をアライメントさせ
た状態で近接保持し、該第２マスク板側から吸引力を生
起させながら該第１マスク板側から供給される粒子を該
第１開口内に捕捉させる第１工程と、前記第１マスク板を前記第２マスク板から分離し、前記
第２開口の各々の上に前記粒子をひとつずつ配列させる
第２工程とを有する粒子配列方法。
【請求項８】前記第２マスク板を多孔質平板の一方の
主面上に保持し、該多孔質平板の他方の主面側から排気
を行なうことにより前記吸引力を生起させる請求項７記
載の粒子転写方法。
【請求項９】前記第１開口と前記第２開口とのアライ
メントずれの上限を前記粒子の直径Ｃの半分とすると
き、該第１開口の直径Ａと該第２開口の直径Ｂとを式
（３）（Ａ／２）＋（Ｂ／２）−Ｃ＞０ …（３）の関係を満足するように設定する請求項７記載の粒子配
列方法。
【請求項１０】前記第２マスク板上に配列された粒子
を一時的に転写ヘッドの保持面上に保持させた後、該粒
子をさらに被転写体の被転写面上に固定する請求項７記
載の粒子配列方法。
【請求項１１】前記被転写面への粒子の固定は、前記
転写ヘッドの保持面上に保持された粒子を予め該被転写
面上に形成された光硬化接着剤の塗膜に接触させ、この
状態で該転写ヘッドに内蔵される照射光学系を用いて光
を照射して該塗膜を硬化させることにより行なう請求項
１０記載の粒子配列方法。
【請求項１２】前記粒子としてハンダ・ボール、前記
被転写体としてデバイス・チップをそれぞれ用い、前記
光硬化性接着剤の塗膜を該デバイス・チップの電極パッ
ド上に形成する請求項１１記載の粒子配列方法。