はんだ印刷方法及びはんだ印刷装置
【課題】本発明は、円形形状を含む半導体ウエハーに対して、均一なはんだバンプを形成することができるはんだ印刷方法及びはんだ印刷装置を提供することを目的とする。
【解決手段】円形形状を含む半導体ウエハー１１０、１１０ａ、１１０ｂ上に開口部１２１を有するマスク１２０を載置し、該マスク１２０上ではんだペースト１３０の付着したスキージ１０を移動させ、前記開口部１２１にはんだバンプを形成するはんだ印刷方法であって、
前記スキージ１０が前記マスク１２０上を移動するときに、前記半導体ウエハー１１０、１１０ａ、１１０ｂに対する前記スキージ１０の位置を検出し、
前記スキージ１０の位置から求められる前記スキージ１０と前記マスク１２０との接触面積の変化に応じて、前記スキージ１０に印加する目標印圧を変化させる印圧制御を行うことを特徴とする。
【解決手段】円形形状を含む半導体ウエハー１１０、１１０ａ、１１０ｂ上に開口部１２１を有するマスク１２０を載置し、該マスク１２０上ではんだペースト１３０の付着したスキージ１０を移動させ、前記開口部１２１にはんだバンプを形成するはんだ印刷方法であって、
前記スキージ１０が前記マスク１２０上を移動するときに、前記半導体ウエハー１１０、１１０ａ、１１０ｂに対する前記スキージ１０の位置を検出し、
前記スキージ１０の位置から求められる前記スキージ１０と前記マスク１２０との接触面積の変化に応じて、前記スキージ１０に印加する目標印圧を変化させる印圧制御を行うことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ印刷方法及びはんだ印刷装置に関し、特に、円形形状を含む半導体ウエハー上に開口部を有するマスクを載置し、開口部にはんだバンプを形成するはんだ印刷方法及びはんだ印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基板上に配置されるスクリーンマスクを介して、基板上の所定位置にクリーム半田を印刷するようにしたスクリーン印刷装置において、スクリーンマスク上にスキージ部を押しつけた状態で摺動させて基板上にクリーム半田を印刷する際に、印刷圧力の検出手段による印刷圧力の検出結果に応じて制御手段によりスキージ部のアタック角度変更手段を制御するようにし、印刷位置に対してより正確にクリーム半田を印刷することができるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかる特許文献１に記載の構成によれば、プリント基板のように、長方形形状をしている基板に対しては、プリント基板のどの位置でスクリーン印刷を行っている場合であっても、略同一の印刷圧力が得られるため、圧力を中心に半田の押し込み力が最適値となるような制御を行うことが可能となる。
【特許文献１】特開２００１−４７５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、円形形状を含む半導体ウエハー等の基板にはんだバンプを印刷する場合には、スキージの位置によりスキージとスクリーンマスクとの接触面積が変化し、接触抵抗の変化によりスキージの位置により圧力が大きく変化するため、特許文献１に記載のスクリーン印刷方法をそのまま半導体ウエハーには適用できないという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、円形形状を含む半導体ウエハーに対しても、均一なはんだバンプを形成することができるはんだ印刷方法及びはんだ印刷装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、第１の発明に係るはんだ印刷方法は、円形形状を含む半導体ウエハー（１１０、１１０ａ、１１０ｂ）上に開口部（１２１）を有するマスク（１２０）を載置し、該マスク（１２０）上ではんだペースト（１３０）の付着したスキージ（１０）を移動させ、前記開口部（１２１）にはんだバンプを形成するはんだ印刷方法であって、
前記スキージ（１０）が前記マスク（１２０）上を移動するときに、前記半導体ウエハー（１１０、１１０ａ、１１０ｂ）に対する前記スキージ（１０）の位置を検出し、
前記スキージ（１０）の位置から求められる前記スキージ（１０）と前記マスク（１２０）との接触面積の変化に応じて、前記スキージ（１０）に印加する目標印圧を変化させる印圧制御を行うことを特徴とする。
【０００７】
これにより、接触面積の増加に応じて目標印圧を変化させ、接触抵抗の変化を考慮したはんだ印刷を行うことができ、均一なはんだバンプを形成することができる。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明に係るはんだ印刷方法において、
前記印圧制御は、前記スキージ（１０）と前記マスク（１２０）との接触面積が増加するにつれて、前記スキージ（１０）に印加する前記目標印圧を増加させる制御であることを特徴とする。
【０００９】
これにより、接触抵抗の増加に応じて目標印圧を増加させることができ、接触抵抗の増加分を考慮して印圧を行うことができるので、接触抵抗が変化しても全体に均一にはんだバンプを形成することができる。
【００１０】
第３の発明は、第１又は第２の発明に係るはんだ印刷方法において、
前記スキージ（１０）に実際に印加された圧力を検出し、
検出された該圧力が前記目標印圧に追従するようにフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００１１】
これにより、目標印圧に対するフィードバック制御を更に行うことができ、接触抵抗を考慮して設定された目標印圧に対して、確実に印圧を追従させることができ、均一なはんだバンプの形成を確実に実現することができる。
【００１２】
第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明に係るはんだ印刷方法において、
前記はんだペースト（１３０）の粘度を検出し、
検出された該粘度に基づいて、前記目標印圧を変化させることを特徴とする。
【００１３】
これにより、ペーストの粘度の状態や変化も考慮して、最適な印圧制御を行うことができる。
【００１４】
第５の発明は、第４の発明に係るはんだ印刷方法において、
前記粘度が高くなるにつれて前記目標印圧を高く設定することを特徴とする。
【００１５】
これにより、粘度が高いときには、スキージに印加する押圧力を強め、粘度が低いときには押圧力を弱めて適切なバランスではんだ印刷を行うことができ、均一なバンプ形成を行うことができる。
【００１６】
第６の発明は、第４又は第５の発明に係るはんだ印刷方法において、
前記粘度に基づいて、スキージ速度（Ｖ）、スキージ落とし込み量（ＳＴ）及び／又はスキージ角度（θ１）を変化させることを特徴とする。
【００１７】
これにより、粘度の状態をスキージ速度、スキージ落とし込み量、スキージ角度にも反映させることができ、より最適な印刷条件を設定してはんだ印刷を行うことができる。
【００１８】
第７の発明に係るはんだ印刷装置は、円形形状を含む半導体ウエハー（１１０、１１０ａ、１１０ｂ）上に開口部（１２１）を有するマスク（１２０）を載置し、該マスク（１２０）上ではんだペースト（１３０）の付着したスキージ（１０）を移動させ、前記開口部（１２１）にはんだバンプを形成するはんだ印刷装置であって、
前記スキージ（１０９が前記マスク（１２０）上を移動するときに、前記半導体ウエハー（１１０、１１０ａ、１１０ｂ）に対する前記スキージ（１０）の位置を検出するスキージ位置検出手段（５０）と、
前記スキージ位置検出手段（５０）で検出されたスキージ位置から求められる前記スキージ（１０）と前記マスク（１２０）との接触面積の変化に応じて、前記スキージ（１０）に印加する目標印圧を変化させる印圧制御を行う制御手段（１００）と、を有することを特徴とする。
【００１９】
第８の発明は、第７の発明に係るはんだ印刷装置において、
前記印圧制御は、前記スキージ（１０）と前記マスク（１２０）との接触面積が増加するにつれて、前記スキージ（１０）に印加する前記目標印圧を増加させる制御であることを特徴とする。
【００２０】
第９の発明は、第７又は第８の発明に係るはんだ印刷装置において、
前記目標圧力に基づいて前記スキージ（１０）に圧力を印加する圧力印加機構（４０）と、
該圧力印加機構（４０）により前記スキージ（１０）に印加された圧力を検出する圧力検出手段（６０）とを更に備え、
前記制御手段（１００）は、前記圧力検出手段（６０）で検出された前記圧力が前記目標印圧に追従するようにフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００２１】
第１０の発明は、第７〜９のいずれかの発明に係るはんだ印刷装置において、
前記はんだペースト（１３０）の粘度を検出するはんだ粘度検出手段（７０）を更に備え、
該はんだ粘度検出手段（７０）により検出された前記粘度に基づいて、前記目標印圧を変化させることを特徴とする。
【００２２】
第１１の発明は、第１０の発明に係るはんだ印刷装置において、
前記制御手段（１００）は、前記粘度検出手段（７０）で検出された前記粘度が高くなるにつれて、前記目標印圧を高く設定することを特徴とする。
【００２３】
第１２の発明は、第１０又は第１１に記載のはんだ印刷装置において、
前記制御手段（１００）は、前記粘度に基づいて、スキージ速度（Ｖ）、スキージ落とし込み量（ＳＴ）及び／又はスキージ角度（θ１）を変化させることを特徴とする。
【００２４】
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、図示の態様に限定するものではない。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、円形形状を含む半導体ウエハーについて、均一にはんだバンプを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００２７】
図１は、本発明を適用した実施例に係るはんだ印刷方法を実行するためのはんだ印刷装置の全体構成を示した図である。図１において、本実施例に係るはんだ印刷装置は、スキージ１０と、モータ２０と、送りネジ３０と、圧力印加機構４０と、スキージ位置検出手段５０と、圧力検出手段６０と、はんだ粘度検出手段７０と、温度センサ８０と、湿度センサ９０と、制御手段１００と、を備える。また、関連構成要素として、半導体ウエハー１１０と、マスク１２０と、はんだペースト１３０とを備える。マスク１２０には、はんだバンプを半導体ウエハー１１０上に形成する位置に合わせて、開口部１２１が設けられている。
【００２８】
スキージ１０は、はんだペースト１３０をマスク１２０の開口部１２１に充填して印刷するために、はんだペースト１３０をマスク１２０上で移動させて運搬する部材である。スキージ１０は、半導体ウエハー１１０上に載置されたマスク１２０の上に、押し付けられるように押圧力が加えられ、水平方向に摺動してはんだペースト１３０を一方向に移動させるように運ぶ。図１においては、左側から右側へとスキージ１０が移動することにより、はんだペースト１３０を左側から右側へと移動させる。そして、開口部１２１にはんだペースト１３０を移動させ、マスク開口部１２１に充填させる。
【００２９】
スキージ１０の先端部１１は、マスク１２０に押し付けられる接触部分を含むため、弾性がある程度あり、また、はんだペースト１３０と直接接触するため、耐食性のある部材が用いられることが好ましい。スキージ１０の先端部１１には、例えば、ステンレスやウレタン等が適用されてもよい。
【００３０】
モータ２０は、スキージ１０を移動させるための駆動手段である。モータ２０により、送りネジ３０を回転させることにより、圧力印加機構４０を介してスキージ１０はマスク１２０上を摺動する。送りネジ３０は、棒状のネジであり、表面にはネジ山が切られている。送りネジ３０は、モータ２０の回転軸に固定又はギヤを介して固定され、モータ２０の回転とともに回転する。送りネジ３０の周囲を囲む圧力印加機構４０の筒状部分の内壁には、送りネジ３０と螺号するネジが切られており、送りネジ３０の回転により移動可能に構成されている。モータ２０の回転速度を変化させることにより、スキージ１０の移動速度を制御することができる。
【００３１】
圧力印加機構４０は、スキージ１０に印圧を加える機構を有するとともに、スキージの落とし込み量ＳＴと、スキージ１０がマスク１２０となす角度θ１を調整する機構を有する。スキージ１０の落とし込み量ＳＴは、マスク１２０を取り除いたときに、スキージ１０の先端部１１が伸長するであろう深さと、実際にマスク１２０を入れてスキージ１０の先端部１１が縮小又は変形した深さの差の量である。スキージ１０とマスク１２０のなす角度θ１は、先端部１１の変形した部分ではなく、それより上のスキージ１０の先端部１１とマスク１２０とのなす角を基準とする。
【００３２】
圧力印加機構４０は、上述のような機構を有するため、スキージ１０を上下移動させることができる機構と、スキージ１０を回転移動させる機構と、これらの移動位置を固定することができる機構を備えていればよい。
【００３３】
スキージ位置検出手段５０は、スキージ１０の半導体ウエハー１１０に対する位置を検出する手段である。半導体ウエハー１１０は、ステージ（図示せず）上に載置する際に、位置合わせを行うので、半導体ウエハー１１０の位置は、既知である。スキージ位置検出手段５０は、スキージ１０の位置を検出し、それが半導体ウエハー１１０に対してどのような位置関係であるかを検出する。スキージ１０は、半導体ウエハー１１０を横切るように移動するので、半導体ウエハー１１０に対するスキージ１０の位置が分かれば、半導体ウエハー１１０のサイズを把握しておくことにより、スキージ１０とマスク１２０との接触面積を求めることができる。
【００３４】
スキージ位置検出手段５０は、スキージ１０の移動位置を検出できるものであれば、種々の手段が適用されてよい。例えば、スキージ位置検出手段５０は、モータ２０の回転数を検出し、スキージ１０の位置を検出してもよい。また、光源、受光素子、集光レンズ、インデックススケール格子目盛及びメインスケール格子目盛等を有するリニアスケールを用いて、スキージ１０の移動位置を検出してもよい。また、磁気を用いてスキージ１０の移動位置を検出するようにしてもよい。
【００３５】
圧力検出手段６０は、スキージ１０に実際に印加されている押圧力を検出する手段である。圧力検出手段６０についても、ダイヤフラム等を用いた種々の形式又は種類の圧力センサが適用されてよい。
【００３６】
はんだ粘度検出手段７０は、スキージ１０により移動しているはんだペースト７０の粘度を測定し、検出するための手段である。はんだペースト１３０は、経時変化を伴う材料であり、時間の経過や周囲条件の変化に伴い、粘度が変化する。よって、はんだ粘度検出手段７０により、はんだペースト１３０の粘度をリアルタイムで測定し、その状態を把握しておくことが制御及び管理上好ましい。はんだ粘度検出手段７０も、種々の形式又は種類のはんだ粘度センサが適用されてよいが、例えば、図１に示すように、プローブ７１を備え、プローブ７１をはんだペースト７１中に入れ、はんだペースト７１の回転動作からプローブ７１に加わる力を測定することにより、粘度を測定するようなセンサが適用されてもよい。
【００３７】
温度センサ８０は、室内の温度を検出するセンサであり、サーミスタ等を利用した温度センサ等が適用されてよい。湿度センサ９０は、室内の湿度を検出するセンサであり、電気抵抗式や電気容量式等のセンサが適用されてよい。上述のように、はんだペースト１３０は、時間の経過のみならず周囲環境によっても影響を受け、周囲の温度及び湿度によっても影響を受ける。よって、温度センサ８０及び湿度センサ９０を用いて、周囲環境を管理することが好ましい。温度センサ８０および湿度センサ９０は、はんだ印刷を行っている室内の温度及び湿度について検出を行い、例えば、異常が生じたら、制御手段１００でアラームを発する等の対応を行うようにしてもよい。
【００３８】
制御手段１００は、検出したスキージ１０の位置、はんだペースト１３０の粘度、実際にスキージ１０に印加されている圧力、温度や湿度等の種々の状態値から、印刷条件を最適化するアルゴリズム演算及びその結果に基づく制御を行う手段である。制御手段１００は、そのような演算処理を行うため、所定の電子回路、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、又はＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えプログラムにより動作するマイクロコンピュータとして構成されてもよい。
【００３９】
制御手段１００は、スキージ位置検出手段５０で検出されたスキージ１０の位置に基づいて、その位置との対応とで求められるマスク１２０との接触面積に応じて、圧力印加機構４０の目標印圧を変化させる制御を行う。その際、目標印圧に実際の圧力が追従しているか否かを確認するため、圧力検出手段６０で実際にスキージ１０に印加された圧力を測定し、目標印圧と実測の圧力とで差があるようであれば、実測の圧力が目標印圧に追従するようなフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００４０】
また、制御手段１００は、上述の検出手段及びセンサ５０、６０、７０、８０、９０で検出された検出値に基づいて、最適な印圧、ステージ速度Ｖ、落とし込み量ＳＴ、スキージ角度θ１等を算出し、これに基づいて、アクチュエータであるモータ２０及び圧力印加機構４０の駆動を統合的に制御する機能を備えていてもよい。この場合、最適なスキージ速度Ｖは、モータ１０により駆動実現され、スキージ１０の印圧、落とし込み量ＳＴ及びマスク１２０とのなす角度θ１は、圧力印加機構４０により実現されてよい。
【００４１】
次に、制御手段１００で行う具体的な制御演算の内容の一例について、図２を用いて説明する。図２は、半導体ウエハー１１０とスキージ１０との位置関係及び移動位置と印圧との関係の一例について示した図である。
【００４２】
図２（ａ）は、スキージ１０の進行方向及び半導体ウエハー１１０とスキージ１０との位置関係を示した図である。図２（ａ）において、半導体ウエハー１１０上を、右側から左側の向きでスキージ１０が移動する例が示されている。図２（ａ）において、スキージ１０が半導体ウエハー１１０に対して端の位置にある場合（図中、ＲＥ、ＬＥ）には、スキージ１０と半導体ウエハー１１０の接触面積が小さくなり、スキージ１０が半導体ウエハー１１０の中央付近にある場合（図中、Ｃ）には、スキージ１０と半導体ウエハー１１０との接触面積が大きくなることが示されている。ここで、スキージ１０と半導体ウエハー１１０との接触面積が大きいということは、接触抵抗もそれだけ大きくなることを意味する。従って、半導体ウエハー１１０の中央付近（Ｃ）においても、端付近（ＲＥ、ＬＥ）と単位当たりの圧力を同じにして均一な圧力を印加するためには、接触抵抗に応じた圧力を印加する必用がある。
【００４３】
図２（ｂ）は、スキージ１０の移動距離又は位置と、印圧との関係を示した図である。横軸は、図２（ａ）に示したスキージ１０と半導体ウエハー１１０の位置と対応している。図２（ｂ）は、スキージ１０の単位面積当たりの印圧を均一としたときの、圧力検出手段６０で検出した値を示した図であるが、半導体ウエハー１１０の端（ＬＥ、ＲＥ）にスキージ１０が位置するときには、印圧は小さな値となり、スキージ１０が半導体ウエハー１１０の中央にあるときには、印圧が高くなった状態を示している。よって、半導体ウエハー１１０上にはんだバンプを形成する際に均一な押圧力を実現するためには、半導体ウエハー１１０の中央にスキージ１０が接近する程大きな印圧を印加する必要がある。よって、制御手段１００は、スキージ１０の半導体ウエハー１１０に対する位置に応じて、スキージ１０が半導体ウエハー１１０上の端付近の位置であれば、目標印圧を減少させ、スキージ１０が半導体ウエハー１１０上の中央付近の位置であれば、目標印圧を増加させる制御を行うようにする。これは、つまり、スキージ１０と半導体ウエハー１１０上のマスク１１０との接触面積が増加する程に印圧を増加させ、スキージ１０と半導体ウエハー１１０上のマスク１１０との接触面積が減少する程に印圧を減少させる制御を行うことに等しい。
【００４４】
このように、本実施例に係るはんだ印刷方法においては、スキージ１０と半導体ウエハー１１０との接触面積に応じて目標印圧を変化させる制御を行い、はんだバンプを均一に形成する。
【００４５】
図３は、半導体ウエハー１１０の種々の態様を示した図である。図３（ａ）は、純粋な円形の半導体ウエハー１１０の平面形状を示した図であり、図３（ｂ）は、オリエンテーションフラット１１１を有する半導体ウエハー１１０ａの平面形状を示した図であり、図３（ｃ）は、ノッチ１１２を有する半導体ウエハー１１０ｂの平面形状を示した図である。
【００４６】
図３（ａ）に示すように、半導体ウエハー１１０は、純粋な円形であってよいが、実際の半導体装置の製造工程においては、半導体ウエハー１１０の位置合わせを行う必要があるため、図３（ｂ）に示すように、位置合わせ用のオリエンテーションフラット１１１が形成されているか、又は図３（ｃ）に示すように、位置合わせ用のノッチ１１２が形成されている場合が多い。
【００４７】
これらの位置合わせ用のオリエンテーションフラット１１１又はノッチ１１２を有する半導体ウエハー１１０ａ、１２０ｂは、純粋な円形形状ではないが、一部平坦部又は切り欠き部を有するのみであり、実質的に円形形状である。つまり、平面外形の大部分が円形形状である。よって、この上にはんだバンプを形成する場合にも、接触面積の大小は、半導体ウエハー１１０ａ、１２０ｂの端部付近と中央部付近とで大きな差が生じ、図２（ａ）、（ｂ）で説明したような状況が同様に当てはまる。従って、本実施例に係るはんだ印刷方法及びはんだ印刷装置は、図３（ａ）〜（ｃ）に示す総ての態様の半導体ウエハー１１０に適用することができる。
【００４８】
次に、図４を用いて、はんだ粘度検出手段７０で検出したはんだペースト１３０の粘度も考慮して、目標印圧を変化させる制御方法の一例について説明する。図４は、はんだペースト１３０の粘度を考慮した目標印圧の制御内容を説明するための図である。
【００４９】
図４（ａ）は、スキージ１０の進行方向及び半導体ウエハー１１０とスキージ１０との位置関係を示した図である。図４（ａ）は、図２（ａ）と同様の図である。つまり、はんだペーストの粘度を考慮する場合においても、これを単独で考慮するのではなく、図２において説明した内容にプラスする形で制御を行う。なお、図４（ａ）の具体的な説明は、図２（ａ）における説明と同様であるので、その説明を省略する。
【００５０】
図４（ｂ）は、スキージ１０の移動距離又は位置と目標印圧との関係の一例を示した図である。図４（ｂ）において、曲線Ｎがはんだペースト１３０が通常の粘度を有する場合の目標印圧の設定曲線を示し、曲線Ｈがはんだペースト１３０が通常よりも高い粘度を有する場合の目標印圧の設定曲線を示し、曲線Ｌがはんだペースト１３０が通常よりも低い粘度を有する場合の目標印圧の設定曲線を示している。曲線Ｎ、曲線Ｈ、曲線Ｌは、総てスキージ１０の位置が半導体ウエハー１１０の中央付近（Ｃ）では高く、端付近（ＬＥ、ＲＥ）では低い特性を示している点は、図２（ｂ）で説明した特性と同様である。曲線Ｈは、曲線Ｎよりも全体の値が大きく、曲線Ｌは曲線Ｎよりも全体の値が小さくなっている点で異なっている。これは、はんだペースト１３０の粘度が高くなる程、それだけ大きい印圧を加えてマスク１２０の開口部１２１に押し込むようにはんだ印刷を行う必要があり、粘度が低くなる程、そのような大きな印圧が不必要になることを意味している。
【００５１】
よって、図４（ｂ）においては、そのようなはんだペースト１３０の粘度も考慮に入れ、はんだ印刷が最適となるような制御を制御手段１００において行っている。このように、本実施例に係るはんだ印刷方法及びはんだ印刷装置においては、スキージ１０の半導体ウエハー１１０に対する位置のみでなく、はんだペースト１３０の粘度をも考慮に入れ、これも反映させてはんだ印刷をより一層最適化するようにしてもよい。また、はんだペースト１３０の粘度が、時間の経過につれて変化している場合には、それに応じて目標印圧の設定を変化させてゆけば良い。例えば、はんだ印刷を開始した最初の段階では通常よりも粘度が高く、次いで通常の粘度に変化し、次いで更に通常よりも低い粘度に変化している場合には、図４（ｂ）の最初は曲線Ｈの目標印圧の設定で制御を開始し、通常のレベルとなったら曲線Ｎの目標印圧の設定に移り、粘度が低くなったら、曲線Ｌの目標印圧の設定に移動するような制御を行うようにしてもよい。これにより、はんだペースト１３０の粘度変化をも考慮した最適な条件ではんだ印刷を行うことができる。
【００５２】
図１に戻り、マスク１２０に着目すると、開口部１２１の手前に、領域Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３からなる３つの領域が示されている。これは、領域Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３において、スキージ１０とマスク１２０との接触面積の変化、又は更にははんだペースト１３０の粘度変化を考慮して、印圧が各領域Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３において異なる場合を示している。このように、本実施例に係るはんだ印刷方法及びはんだ印刷装置においては、スキージ１０とマスク１２０との接触面積の変化、更には、必要に応じてはんだペースト１３０の粘度をも考慮して、変化する条件下で常に最適なはんだ印刷条件を設定してはんだ印刷を行うことができる。
【００５３】
次に、図１を用いて、本実施例に係るはんだ印刷方法及びはんだ印刷装置において実行可能な付加的な制御について説明する。本実施例に係るはんだ印刷方法及びはんだ印刷装置においては、図２及び図４において説明した制御以外にも、更にはんだ印刷を最適化する制御を行うことができる。
【００５４】
例えば、図１において、はんだ粘度検出手段７０で検出した粘度が通常よりも高くなったら、スキージ１０の移動速度を減少させる制御を行うことが好ましい。これにより、マスク１２０の開口部１２１に、確実にはんだペースト１３０を埋め込むことができる。逆に、粘度が通常よりも低くなったら、スキージ１０の移動速度を増加させて、スループットを高めるようにしてよい。
【００５５】
また、はんだ粘度検出手段７０で検出した粘度が通常よりも高い場合には、スキージ１０の落とし込み量ＳＴを上げるような制御を行うことが好ましい。はんだペースト１３０の粘度が大きい場合には、スキージ１０とマスク１２０との隙間をあまり生じさせず、確実にはんだペースト１３０を運搬するようにすることが好ましいからである。逆に、はんだペースト１３０の粘度が低い場合には、落とし込み量ＳＴを小さくするような制御を行ってよい。
【００５６】
更に、はんだペースト１３０の粘度が通常よりも高い場合には、スキージ１０のマスク１２０とのなす角θ１を大きく設定し、粘度が通常よりも小さい場合には、なす角θ１を小さくする制御を行うことが好ましい。粘度が高いときには、開口部１２１にはんだペースト１３０が落下し難くなる傾向があるので、スキージ１０の角度θ１を大きくし、はんだペースト１３０の形状を厚くして、開口部１２１に入り込み易くする。一方、粘度が低いときには、開口部１２１にはんだペースト１３０が落下し易いので、スキージ１０の角度θ１を小さくし、はんだペースト１３０の形状が薄く横に広がるような形状とし、水平方向に運搬し易い状態で印刷を行うことが好ましい。
【００５７】
一般に、時間が経過するにつれてはんだペースト１３０の粘度は低下する傾向にあるので、はんだペースト１３０の粘度が所定値以下となったら、はんだペースト１３０を自動交換するような制御を行うようにしてもよい。これにより、はんだ印刷により形成されるはんだバンプの品質を確実に維持することができる。
【００５８】
このように、本実施例に係るはんだ印刷方法及びはんだ印刷装置は、スキージ１０とマスク１２０との接触面積に応じたスキージ１０の印圧制御の他、はんだ粘度検出手段７０により検出されたはんだペースト１３０の粘度の情報を用いて、種々の制御を行うことができ、最適な印刷条件ではんだ印刷を行うことができる。
【００５９】
そして、半導体ウエハー１１０、１１０ａ、１１０ｂ上の全体ではんだ塗布量が均一になることにより、リフロー後のはんだボールの大きさが均一となり、基板実装時の機械的強度、耐ストレス性、鋏断応力、耐マイグレーション性が均一化し、信頼性を向上させることができる。
【００６０】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本実施例に係るはんだ印刷方法を実行するはんだ印刷装置の全体構成図である。
【図２】半導体ウエハー１１０とスキージ１０との位置関係及び移動位置と印圧との関係の一例について示した図である。図２（ａ）は、半導体ウエハー１１０とスキージ１０との位置関係を示した図である。図２（ｂ）は、スキージ１０の位置と印圧との関係を示した図である。
【図３】半導体ウエハー１１０の種々の態様を示した図である。図３（ａ）は、純粋な円形の半導体ウエハー１１０を示した図である。図３（ｂ）は、オリエンテーションフラット１１１を有する半導体ウエハー１１０ａを示した図である。図３（ｃ）は、ノッチ１１２を有する半導体ウエハー１１０ｂを示した図である。
【図４】はんだペースト１３０の粘度を考慮した目標印圧の制御内容の説明図である。図４（ａ）は、半導体ウエハー１１０とスキージ１０との位置関係を示した図である。図４（ｂ）は、スキージ１０の位置と目標印圧との関係の一例を示した図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０ スキージ
１１ 先端部
２０ モータ
３０ 送りネジ
４０ 圧力印加機構
５０ スキージ位置検出手段
６０ 圧力検出手段
７０ はんだ粘度検出手段
８０ 温度センサ
９０ 湿度センサ
１００ 制御手段
１１０、１１０ａ、１１０ｂ 半導体ウエハー
１１１ オリエンテーションフラット
１１２ ノッチ
１２０ マスク
１２１ 開口部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ印刷方法及びはんだ印刷装置に関し、特に、円形形状を含む半導体ウエハー上に開口部を有するマスクを載置し、開口部にはんだバンプを形成するはんだ印刷方法及びはんだ印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基板上に配置されるスクリーンマスクを介して、基板上の所定位置にクリーム半田を印刷するようにしたスクリーン印刷装置において、スクリーンマスク上にスキージ部を押しつけた状態で摺動させて基板上にクリーム半田を印刷する際に、印刷圧力の検出手段による印刷圧力の検出結果に応じて制御手段によりスキージ部のアタック角度変更手段を制御するようにし、印刷位置に対してより正確にクリーム半田を印刷することができるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかる特許文献１に記載の構成によれば、プリント基板のように、長方形形状をしている基板に対しては、プリント基板のどの位置でスクリーン印刷を行っている場合であっても、略同一の印刷圧力が得られるため、圧力を中心に半田の押し込み力が最適値となるような制御を行うことが可能となる。
【特許文献１】特開２００１−４７５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、円形形状を含む半導体ウエハー等の基板にはんだバンプを印刷する場合には、スキージの位置によりスキージとスクリーンマスクとの接触面積が変化し、接触抵抗の変化によりスキージの位置により圧力が大きく変化するため、特許文献１に記載のスクリーン印刷方法をそのまま半導体ウエハーには適用できないという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、円形形状を含む半導体ウエハーに対しても、均一なはんだバンプを形成することができるはんだ印刷方法及びはんだ印刷装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、第１の発明に係るはんだ印刷方法は、円形形状を含む半導体ウエハー（１１０、１１０ａ、１１０ｂ）上に開口部（１２１）を有するマスク（１２０）を載置し、該マスク（１２０）上ではんだペースト（１３０）の付着したスキージ（１０）を移動させ、前記開口部（１２１）にはんだバンプを形成するはんだ印刷方法であって、
前記スキージ（１０）が前記マスク（１２０）上を移動するときに、前記半導体ウエハー（１１０、１１０ａ、１１０ｂ）に対する前記スキージ（１０）の位置を検出し、
前記スキージ（１０）の位置から求められる前記スキージ（１０）と前記マスク（１２０）との接触面積の変化に応じて、前記スキージ（１０）に印加する目標印圧を変化させる印圧制御を行うことを特徴とする。
【０００７】
これにより、接触面積の増加に応じて目標印圧を変化させ、接触抵抗の変化を考慮したはんだ印刷を行うことができ、均一なはんだバンプを形成することができる。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明に係るはんだ印刷方法において、
前記印圧制御は、前記スキージ（１０）と前記マスク（１２０）との接触面積が増加するにつれて、前記スキージ（１０）に印加する前記目標印圧を増加させる制御であることを特徴とする。
【０００９】
これにより、接触抵抗の増加に応じて目標印圧を増加させることができ、接触抵抗の増加分を考慮して印圧を行うことができるので、接触抵抗が変化しても全体に均一にはんだバンプを形成することができる。
【００１０】
第３の発明は、第１又は第２の発明に係るはんだ印刷方法において、
前記スキージ（１０）に実際に印加された圧力を検出し、
検出された該圧力が前記目標印圧に追従するようにフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００１１】
これにより、目標印圧に対するフィードバック制御を更に行うことができ、接触抵抗を考慮して設定された目標印圧に対して、確実に印圧を追従させることができ、均一なはんだバンプの形成を確実に実現することができる。
【００１２】
第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明に係るはんだ印刷方法において、
前記はんだペースト（１３０）の粘度を検出し、
検出された該粘度に基づいて、前記目標印圧を変化させることを特徴とする。
【００１３】
これにより、ペーストの粘度の状態や変化も考慮して、最適な印圧制御を行うことができる。
【００１４】
第５の発明は、第４の発明に係るはんだ印刷方法において、
前記粘度が高くなるにつれて前記目標印圧を高く設定することを特徴とする。
【００１５】
これにより、粘度が高いときには、スキージに印加する押圧力を強め、粘度が低いときには押圧力を弱めて適切なバランスではんだ印刷を行うことができ、均一なバンプ形成を行うことができる。
【００１６】
第６の発明は、第４又は第５の発明に係るはんだ印刷方法において、
前記粘度に基づいて、スキージ速度（Ｖ）、スキージ落とし込み量（ＳＴ）及び／又はスキージ角度（θ１）を変化させることを特徴とする。
【００１７】
これにより、粘度の状態をスキージ速度、スキージ落とし込み量、スキージ角度にも反映させることができ、より最適な印刷条件を設定してはんだ印刷を行うことができる。
【００１８】
第７の発明に係るはんだ印刷装置は、円形形状を含む半導体ウエハー（１１０、１１０ａ、１１０ｂ）上に開口部（１２１）を有するマスク（１２０）を載置し、該マスク（１２０）上ではんだペースト（１３０）の付着したスキージ（１０）を移動させ、前記開口部（１２１）にはんだバンプを形成するはんだ印刷装置であって、
前記スキージ（１０９が前記マスク（１２０）上を移動するときに、前記半導体ウエハー（１１０、１１０ａ、１１０ｂ）に対する前記スキージ（１０）の位置を検出するスキージ位置検出手段（５０）と、
前記スキージ位置検出手段（５０）で検出されたスキージ位置から求められる前記スキージ（１０）と前記マスク（１２０）との接触面積の変化に応じて、前記スキージ（１０）に印加する目標印圧を変化させる印圧制御を行う制御手段（１００）と、を有することを特徴とする。
【００１９】
第８の発明は、第７の発明に係るはんだ印刷装置において、
前記印圧制御は、前記スキージ（１０）と前記マスク（１２０）との接触面積が増加するにつれて、前記スキージ（１０）に印加する前記目標印圧を増加させる制御であることを特徴とする。
【００２０】
第９の発明は、第７又は第８の発明に係るはんだ印刷装置において、
前記目標圧力に基づいて前記スキージ（１０）に圧力を印加する圧力印加機構（４０）と、
該圧力印加機構（４０）により前記スキージ（１０）に印加された圧力を検出する圧力検出手段（６０）とを更に備え、
前記制御手段（１００）は、前記圧力検出手段（６０）で検出された前記圧力が前記目標印圧に追従するようにフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００２１】
第１０の発明は、第７〜９のいずれかの発明に係るはんだ印刷装置において、
前記はんだペースト（１３０）の粘度を検出するはんだ粘度検出手段（７０）を更に備え、
該はんだ粘度検出手段（７０）により検出された前記粘度に基づいて、前記目標印圧を変化させることを特徴とする。
【００２２】
第１１の発明は、第１０の発明に係るはんだ印刷装置において、
前記制御手段（１００）は、前記粘度検出手段（７０）で検出された前記粘度が高くなるにつれて、前記目標印圧を高く設定することを特徴とする。
【００２３】
第１２の発明は、第１０又は第１１に記載のはんだ印刷装置において、
前記制御手段（１００）は、前記粘度に基づいて、スキージ速度（Ｖ）、スキージ落とし込み量（ＳＴ）及び／又はスキージ角度（θ１）を変化させることを特徴とする。
【００２４】
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、図示の態様に限定するものではない。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、円形形状を含む半導体ウエハーについて、均一にはんだバンプを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００２７】
図１は、本発明を適用した実施例に係るはんだ印刷方法を実行するためのはんだ印刷装置の全体構成を示した図である。図１において、本実施例に係るはんだ印刷装置は、スキージ１０と、モータ２０と、送りネジ３０と、圧力印加機構４０と、スキージ位置検出手段５０と、圧力検出手段６０と、はんだ粘度検出手段７０と、温度センサ８０と、湿度センサ９０と、制御手段１００と、を備える。また、関連構成要素として、半導体ウエハー１１０と、マスク１２０と、はんだペースト１３０とを備える。マスク１２０には、はんだバンプを半導体ウエハー１１０上に形成する位置に合わせて、開口部１２１が設けられている。
【００２８】
スキージ１０は、はんだペースト１３０をマスク１２０の開口部１２１に充填して印刷するために、はんだペースト１３０をマスク１２０上で移動させて運搬する部材である。スキージ１０は、半導体ウエハー１１０上に載置されたマスク１２０の上に、押し付けられるように押圧力が加えられ、水平方向に摺動してはんだペースト１３０を一方向に移動させるように運ぶ。図１においては、左側から右側へとスキージ１０が移動することにより、はんだペースト１３０を左側から右側へと移動させる。そして、開口部１２１にはんだペースト１３０を移動させ、マスク開口部１２１に充填させる。
【００２９】
スキージ１０の先端部１１は、マスク１２０に押し付けられる接触部分を含むため、弾性がある程度あり、また、はんだペースト１３０と直接接触するため、耐食性のある部材が用いられることが好ましい。スキージ１０の先端部１１には、例えば、ステンレスやウレタン等が適用されてもよい。
【００３０】
モータ２０は、スキージ１０を移動させるための駆動手段である。モータ２０により、送りネジ３０を回転させることにより、圧力印加機構４０を介してスキージ１０はマスク１２０上を摺動する。送りネジ３０は、棒状のネジであり、表面にはネジ山が切られている。送りネジ３０は、モータ２０の回転軸に固定又はギヤを介して固定され、モータ２０の回転とともに回転する。送りネジ３０の周囲を囲む圧力印加機構４０の筒状部分の内壁には、送りネジ３０と螺号するネジが切られており、送りネジ３０の回転により移動可能に構成されている。モータ２０の回転速度を変化させることにより、スキージ１０の移動速度を制御することができる。
【００３１】
圧力印加機構４０は、スキージ１０に印圧を加える機構を有するとともに、スキージの落とし込み量ＳＴと、スキージ１０がマスク１２０となす角度θ１を調整する機構を有する。スキージ１０の落とし込み量ＳＴは、マスク１２０を取り除いたときに、スキージ１０の先端部１１が伸長するであろう深さと、実際にマスク１２０を入れてスキージ１０の先端部１１が縮小又は変形した深さの差の量である。スキージ１０とマスク１２０のなす角度θ１は、先端部１１の変形した部分ではなく、それより上のスキージ１０の先端部１１とマスク１２０とのなす角を基準とする。
【００３２】
圧力印加機構４０は、上述のような機構を有するため、スキージ１０を上下移動させることができる機構と、スキージ１０を回転移動させる機構と、これらの移動位置を固定することができる機構を備えていればよい。
【００３３】
スキージ位置検出手段５０は、スキージ１０の半導体ウエハー１１０に対する位置を検出する手段である。半導体ウエハー１１０は、ステージ（図示せず）上に載置する際に、位置合わせを行うので、半導体ウエハー１１０の位置は、既知である。スキージ位置検出手段５０は、スキージ１０の位置を検出し、それが半導体ウエハー１１０に対してどのような位置関係であるかを検出する。スキージ１０は、半導体ウエハー１１０を横切るように移動するので、半導体ウエハー１１０に対するスキージ１０の位置が分かれば、半導体ウエハー１１０のサイズを把握しておくことにより、スキージ１０とマスク１２０との接触面積を求めることができる。
【００３４】
スキージ位置検出手段５０は、スキージ１０の移動位置を検出できるものであれば、種々の手段が適用されてよい。例えば、スキージ位置検出手段５０は、モータ２０の回転数を検出し、スキージ１０の位置を検出してもよい。また、光源、受光素子、集光レンズ、インデックススケール格子目盛及びメインスケール格子目盛等を有するリニアスケールを用いて、スキージ１０の移動位置を検出してもよい。また、磁気を用いてスキージ１０の移動位置を検出するようにしてもよい。
【００３５】
圧力検出手段６０は、スキージ１０に実際に印加されている押圧力を検出する手段である。圧力検出手段６０についても、ダイヤフラム等を用いた種々の形式又は種類の圧力センサが適用されてよい。
【００３６】
はんだ粘度検出手段７０は、スキージ１０により移動しているはんだペースト７０の粘度を測定し、検出するための手段である。はんだペースト１３０は、経時変化を伴う材料であり、時間の経過や周囲条件の変化に伴い、粘度が変化する。よって、はんだ粘度検出手段７０により、はんだペースト１３０の粘度をリアルタイムで測定し、その状態を把握しておくことが制御及び管理上好ましい。はんだ粘度検出手段７０も、種々の形式又は種類のはんだ粘度センサが適用されてよいが、例えば、図１に示すように、プローブ７１を備え、プローブ７１をはんだペースト７１中に入れ、はんだペースト７１の回転動作からプローブ７１に加わる力を測定することにより、粘度を測定するようなセンサが適用されてもよい。
【００３７】
温度センサ８０は、室内の温度を検出するセンサであり、サーミスタ等を利用した温度センサ等が適用されてよい。湿度センサ９０は、室内の湿度を検出するセンサであり、電気抵抗式や電気容量式等のセンサが適用されてよい。上述のように、はんだペースト１３０は、時間の経過のみならず周囲環境によっても影響を受け、周囲の温度及び湿度によっても影響を受ける。よって、温度センサ８０及び湿度センサ９０を用いて、周囲環境を管理することが好ましい。温度センサ８０および湿度センサ９０は、はんだ印刷を行っている室内の温度及び湿度について検出を行い、例えば、異常が生じたら、制御手段１００でアラームを発する等の対応を行うようにしてもよい。
【００３８】
制御手段１００は、検出したスキージ１０の位置、はんだペースト１３０の粘度、実際にスキージ１０に印加されている圧力、温度や湿度等の種々の状態値から、印刷条件を最適化するアルゴリズム演算及びその結果に基づく制御を行う手段である。制御手段１００は、そのような演算処理を行うため、所定の電子回路、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、又はＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えプログラムにより動作するマイクロコンピュータとして構成されてもよい。
【００３９】
制御手段１００は、スキージ位置検出手段５０で検出されたスキージ１０の位置に基づいて、その位置との対応とで求められるマスク１２０との接触面積に応じて、圧力印加機構４０の目標印圧を変化させる制御を行う。その際、目標印圧に実際の圧力が追従しているか否かを確認するため、圧力検出手段６０で実際にスキージ１０に印加された圧力を測定し、目標印圧と実測の圧力とで差があるようであれば、実測の圧力が目標印圧に追従するようなフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００４０】
また、制御手段１００は、上述の検出手段及びセンサ５０、６０、７０、８０、９０で検出された検出値に基づいて、最適な印圧、ステージ速度Ｖ、落とし込み量ＳＴ、スキージ角度θ１等を算出し、これに基づいて、アクチュエータであるモータ２０及び圧力印加機構４０の駆動を統合的に制御する機能を備えていてもよい。この場合、最適なスキージ速度Ｖは、モータ１０により駆動実現され、スキージ１０の印圧、落とし込み量ＳＴ及びマスク１２０とのなす角度θ１は、圧力印加機構４０により実現されてよい。
【００４１】
次に、制御手段１００で行う具体的な制御演算の内容の一例について、図２を用いて説明する。図２は、半導体ウエハー１１０とスキージ１０との位置関係及び移動位置と印圧との関係の一例について示した図である。
【００４２】
図２（ａ）は、スキージ１０の進行方向及び半導体ウエハー１１０とスキージ１０との位置関係を示した図である。図２（ａ）において、半導体ウエハー１１０上を、右側から左側の向きでスキージ１０が移動する例が示されている。図２（ａ）において、スキージ１０が半導体ウエハー１１０に対して端の位置にある場合（図中、ＲＥ、ＬＥ）には、スキージ１０と半導体ウエハー１１０の接触面積が小さくなり、スキージ１０が半導体ウエハー１１０の中央付近にある場合（図中、Ｃ）には、スキージ１０と半導体ウエハー１１０との接触面積が大きくなることが示されている。ここで、スキージ１０と半導体ウエハー１１０との接触面積が大きいということは、接触抵抗もそれだけ大きくなることを意味する。従って、半導体ウエハー１１０の中央付近（Ｃ）においても、端付近（ＲＥ、ＬＥ）と単位当たりの圧力を同じにして均一な圧力を印加するためには、接触抵抗に応じた圧力を印加する必用がある。
【００４３】
図２（ｂ）は、スキージ１０の移動距離又は位置と、印圧との関係を示した図である。横軸は、図２（ａ）に示したスキージ１０と半導体ウエハー１１０の位置と対応している。図２（ｂ）は、スキージ１０の単位面積当たりの印圧を均一としたときの、圧力検出手段６０で検出した値を示した図であるが、半導体ウエハー１１０の端（ＬＥ、ＲＥ）にスキージ１０が位置するときには、印圧は小さな値となり、スキージ１０が半導体ウエハー１１０の中央にあるときには、印圧が高くなった状態を示している。よって、半導体ウエハー１１０上にはんだバンプを形成する際に均一な押圧力を実現するためには、半導体ウエハー１１０の中央にスキージ１０が接近する程大きな印圧を印加する必要がある。よって、制御手段１００は、スキージ１０の半導体ウエハー１１０に対する位置に応じて、スキージ１０が半導体ウエハー１１０上の端付近の位置であれば、目標印圧を減少させ、スキージ１０が半導体ウエハー１１０上の中央付近の位置であれば、目標印圧を増加させる制御を行うようにする。これは、つまり、スキージ１０と半導体ウエハー１１０上のマスク１１０との接触面積が増加する程に印圧を増加させ、スキージ１０と半導体ウエハー１１０上のマスク１１０との接触面積が減少する程に印圧を減少させる制御を行うことに等しい。
【００４４】
このように、本実施例に係るはんだ印刷方法においては、スキージ１０と半導体ウエハー１１０との接触面積に応じて目標印圧を変化させる制御を行い、はんだバンプを均一に形成する。
【００４５】
図３は、半導体ウエハー１１０の種々の態様を示した図である。図３（ａ）は、純粋な円形の半導体ウエハー１１０の平面形状を示した図であり、図３（ｂ）は、オリエンテーションフラット１１１を有する半導体ウエハー１１０ａの平面形状を示した図であり、図３（ｃ）は、ノッチ１１２を有する半導体ウエハー１１０ｂの平面形状を示した図である。
【００４６】
図３（ａ）に示すように、半導体ウエハー１１０は、純粋な円形であってよいが、実際の半導体装置の製造工程においては、半導体ウエハー１１０の位置合わせを行う必要があるため、図３（ｂ）に示すように、位置合わせ用のオリエンテーションフラット１１１が形成されているか、又は図３（ｃ）に示すように、位置合わせ用のノッチ１１２が形成されている場合が多い。
【００４７】
これらの位置合わせ用のオリエンテーションフラット１１１又はノッチ１１２を有する半導体ウエハー１１０ａ、１２０ｂは、純粋な円形形状ではないが、一部平坦部又は切り欠き部を有するのみであり、実質的に円形形状である。つまり、平面外形の大部分が円形形状である。よって、この上にはんだバンプを形成する場合にも、接触面積の大小は、半導体ウエハー１１０ａ、１２０ｂの端部付近と中央部付近とで大きな差が生じ、図２（ａ）、（ｂ）で説明したような状況が同様に当てはまる。従って、本実施例に係るはんだ印刷方法及びはんだ印刷装置は、図３（ａ）〜（ｃ）に示す総ての態様の半導体ウエハー１１０に適用することができる。
【００４８】
次に、図４を用いて、はんだ粘度検出手段７０で検出したはんだペースト１３０の粘度も考慮して、目標印圧を変化させる制御方法の一例について説明する。図４は、はんだペースト１３０の粘度を考慮した目標印圧の制御内容を説明するための図である。
【００４９】
図４（ａ）は、スキージ１０の進行方向及び半導体ウエハー１１０とスキージ１０との位置関係を示した図である。図４（ａ）は、図２（ａ）と同様の図である。つまり、はんだペーストの粘度を考慮する場合においても、これを単独で考慮するのではなく、図２において説明した内容にプラスする形で制御を行う。なお、図４（ａ）の具体的な説明は、図２（ａ）における説明と同様であるので、その説明を省略する。
【００５０】
図４（ｂ）は、スキージ１０の移動距離又は位置と目標印圧との関係の一例を示した図である。図４（ｂ）において、曲線Ｎがはんだペースト１３０が通常の粘度を有する場合の目標印圧の設定曲線を示し、曲線Ｈがはんだペースト１３０が通常よりも高い粘度を有する場合の目標印圧の設定曲線を示し、曲線Ｌがはんだペースト１３０が通常よりも低い粘度を有する場合の目標印圧の設定曲線を示している。曲線Ｎ、曲線Ｈ、曲線Ｌは、総てスキージ１０の位置が半導体ウエハー１１０の中央付近（Ｃ）では高く、端付近（ＬＥ、ＲＥ）では低い特性を示している点は、図２（ｂ）で説明した特性と同様である。曲線Ｈは、曲線Ｎよりも全体の値が大きく、曲線Ｌは曲線Ｎよりも全体の値が小さくなっている点で異なっている。これは、はんだペースト１３０の粘度が高くなる程、それだけ大きい印圧を加えてマスク１２０の開口部１２１に押し込むようにはんだ印刷を行う必要があり、粘度が低くなる程、そのような大きな印圧が不必要になることを意味している。
【００５１】
よって、図４（ｂ）においては、そのようなはんだペースト１３０の粘度も考慮に入れ、はんだ印刷が最適となるような制御を制御手段１００において行っている。このように、本実施例に係るはんだ印刷方法及びはんだ印刷装置においては、スキージ１０の半導体ウエハー１１０に対する位置のみでなく、はんだペースト１３０の粘度をも考慮に入れ、これも反映させてはんだ印刷をより一層最適化するようにしてもよい。また、はんだペースト１３０の粘度が、時間の経過につれて変化している場合には、それに応じて目標印圧の設定を変化させてゆけば良い。例えば、はんだ印刷を開始した最初の段階では通常よりも粘度が高く、次いで通常の粘度に変化し、次いで更に通常よりも低い粘度に変化している場合には、図４（ｂ）の最初は曲線Ｈの目標印圧の設定で制御を開始し、通常のレベルとなったら曲線Ｎの目標印圧の設定に移り、粘度が低くなったら、曲線Ｌの目標印圧の設定に移動するような制御を行うようにしてもよい。これにより、はんだペースト１３０の粘度変化をも考慮した最適な条件ではんだ印刷を行うことができる。
【００５２】
図１に戻り、マスク１２０に着目すると、開口部１２１の手前に、領域Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３からなる３つの領域が示されている。これは、領域Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３において、スキージ１０とマスク１２０との接触面積の変化、又は更にははんだペースト１３０の粘度変化を考慮して、印圧が各領域Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３において異なる場合を示している。このように、本実施例に係るはんだ印刷方法及びはんだ印刷装置においては、スキージ１０とマスク１２０との接触面積の変化、更には、必要に応じてはんだペースト１３０の粘度をも考慮して、変化する条件下で常に最適なはんだ印刷条件を設定してはんだ印刷を行うことができる。
【００５３】
次に、図１を用いて、本実施例に係るはんだ印刷方法及びはんだ印刷装置において実行可能な付加的な制御について説明する。本実施例に係るはんだ印刷方法及びはんだ印刷装置においては、図２及び図４において説明した制御以外にも、更にはんだ印刷を最適化する制御を行うことができる。
【００５４】
例えば、図１において、はんだ粘度検出手段７０で検出した粘度が通常よりも高くなったら、スキージ１０の移動速度を減少させる制御を行うことが好ましい。これにより、マスク１２０の開口部１２１に、確実にはんだペースト１３０を埋め込むことができる。逆に、粘度が通常よりも低くなったら、スキージ１０の移動速度を増加させて、スループットを高めるようにしてよい。
【００５５】
また、はんだ粘度検出手段７０で検出した粘度が通常よりも高い場合には、スキージ１０の落とし込み量ＳＴを上げるような制御を行うことが好ましい。はんだペースト１３０の粘度が大きい場合には、スキージ１０とマスク１２０との隙間をあまり生じさせず、確実にはんだペースト１３０を運搬するようにすることが好ましいからである。逆に、はんだペースト１３０の粘度が低い場合には、落とし込み量ＳＴを小さくするような制御を行ってよい。
【００５６】
更に、はんだペースト１３０の粘度が通常よりも高い場合には、スキージ１０のマスク１２０とのなす角θ１を大きく設定し、粘度が通常よりも小さい場合には、なす角θ１を小さくする制御を行うことが好ましい。粘度が高いときには、開口部１２１にはんだペースト１３０が落下し難くなる傾向があるので、スキージ１０の角度θ１を大きくし、はんだペースト１３０の形状を厚くして、開口部１２１に入り込み易くする。一方、粘度が低いときには、開口部１２１にはんだペースト１３０が落下し易いので、スキージ１０の角度θ１を小さくし、はんだペースト１３０の形状が薄く横に広がるような形状とし、水平方向に運搬し易い状態で印刷を行うことが好ましい。
【００５７】
一般に、時間が経過するにつれてはんだペースト１３０の粘度は低下する傾向にあるので、はんだペースト１３０の粘度が所定値以下となったら、はんだペースト１３０を自動交換するような制御を行うようにしてもよい。これにより、はんだ印刷により形成されるはんだバンプの品質を確実に維持することができる。
【００５８】
このように、本実施例に係るはんだ印刷方法及びはんだ印刷装置は、スキージ１０とマスク１２０との接触面積に応じたスキージ１０の印圧制御の他、はんだ粘度検出手段７０により検出されたはんだペースト１３０の粘度の情報を用いて、種々の制御を行うことができ、最適な印刷条件ではんだ印刷を行うことができる。
【００５９】
そして、半導体ウエハー１１０、１１０ａ、１１０ｂ上の全体ではんだ塗布量が均一になることにより、リフロー後のはんだボールの大きさが均一となり、基板実装時の機械的強度、耐ストレス性、鋏断応力、耐マイグレーション性が均一化し、信頼性を向上させることができる。
【００６０】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本実施例に係るはんだ印刷方法を実行するはんだ印刷装置の全体構成図である。
【図２】半導体ウエハー１１０とスキージ１０との位置関係及び移動位置と印圧との関係の一例について示した図である。図２（ａ）は、半導体ウエハー１１０とスキージ１０との位置関係を示した図である。図２（ｂ）は、スキージ１０の位置と印圧との関係を示した図である。
【図３】半導体ウエハー１１０の種々の態様を示した図である。図３（ａ）は、純粋な円形の半導体ウエハー１１０を示した図である。図３（ｂ）は、オリエンテーションフラット１１１を有する半導体ウエハー１１０ａを示した図である。図３（ｃ）は、ノッチ１１２を有する半導体ウエハー１１０ｂを示した図である。
【図４】はんだペースト１３０の粘度を考慮した目標印圧の制御内容の説明図である。図４（ａ）は、半導体ウエハー１１０とスキージ１０との位置関係を示した図である。図４（ｂ）は、スキージ１０の位置と目標印圧との関係の一例を示した図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０ スキージ
１１ 先端部
２０ モータ
３０ 送りネジ
４０ 圧力印加機構
５０ スキージ位置検出手段
６０ 圧力検出手段
７０ はんだ粘度検出手段
８０ 温度センサ
９０ 湿度センサ
１００ 制御手段
１１０、１１０ａ、１１０ｂ 半導体ウエハー
１１１ オリエンテーションフラット
１１２ ノッチ
１２０ マスク
１２１ 開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形形状を含む半導体ウエハー上に開口部を有するマスクを載置し、該マスク上ではんだペーストの付着したスキージを移動させ、前記開口部にはんだバンプを形成するはんだ印刷方法であって、
前記スキージが前記マスク上を移動するときに、前記半導体ウエハーに対する前記スキージの位置を検出し、
前記スキージの位置から求められる前記スキージと前記マスクとの接触面積の変化に応じて、前記スキージに印加する目標印圧を変化させる印圧制御を行うことを特徴とするはんだ印刷方法。
【請求項２】
前記印圧制御は、前記スキージと前記マスクとの接触面積が増加するにつれて、前記スキージに印加する前記目標印圧を増加させる制御であることを特徴とする請求項１に記載のはんだ印刷方法。
【請求項３】
前記スキージに実際に印加された圧力を検出し、
検出された該圧力が前記目標印圧に追従するようにフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のはんだ印刷方法。
【請求項４】
前記はんだペーストの粘度を検出し、
検出された該粘度に基づいて、前記目標印圧を変化させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のはんだ印刷方法。
【請求項５】
前記粘度が高くなるにつれて前記目標印圧を高く設定することを特徴とする請求項４に記載のはんだ印刷方法。
【請求項６】
前記粘度に基づいて、スキージ速度、スキージ落とし込み量及び／又はスキージ角度を変化させることを特徴とする請求項４又は５に記載のはんだ印刷方法。
【請求項７】
円形形状を含む半導体ウエハー上に開口部を有するマスクを載置し、該マスク上ではんだペーストの付着したスキージを移動させ、前記開口部にはんだバンプを形成するはんだ印刷装置であって、
前記スキージが前記マスク上を移動するときに、前記半導体ウエハーに対する前記スキージの位置を検出するスキージ位置検出手段と、
前記スキージ位置検出手段で検出されたスキージ位置から求められる前記スキージと前記マスクとの接触面積の変化に応じて、前記スキージに印加する目標印圧を変化させる印圧制御を行う制御手段と、を有することを特徴とするはんだ印刷装置。
【請求項８】
前記印圧制御は、前記スキージと前記マスクとの接触面積が増加するにつれて、前記スキージに印加する前記目標印圧を増加させる制御であることを特徴とする請求項７に記載のはんだ印刷装置。
【請求項９】
前記目標圧力に基づいて前記スキージに圧力を印加する圧力印加機構と、
該圧力印加機構により前記スキージに印加された圧力を検出する圧力検出手段とを更に備え、
前記制御手段は、前記圧力検出手段で検出された前記圧力が前記目標印圧に追従するようにフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項７又は８に記載のはんだ印刷装置。
【請求項１０】
前記はんだペーストの粘度を検出するはんだ粘度検出手段を更に備え、
該粘度検出手段により検出された前記粘度に基づいて、前記目標印圧を変化させることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載のはんだ印刷装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記粘度検出手段で検出された前記粘度が高くなるにつれて、前記目標印圧を高く設定することを特徴とする請求項１０に記載のはんだ印刷装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記粘度に基づいて、スキージ速度、スキージ落とし込み量及び／又はスキージ角度を変化させることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のはんだ印刷装置。
【請求項１】
円形形状を含む半導体ウエハー上に開口部を有するマスクを載置し、該マスク上ではんだペーストの付着したスキージを移動させ、前記開口部にはんだバンプを形成するはんだ印刷方法であって、
前記スキージが前記マスク上を移動するときに、前記半導体ウエハーに対する前記スキージの位置を検出し、
前記スキージの位置から求められる前記スキージと前記マスクとの接触面積の変化に応じて、前記スキージに印加する目標印圧を変化させる印圧制御を行うことを特徴とするはんだ印刷方法。
【請求項２】
前記印圧制御は、前記スキージと前記マスクとの接触面積が増加するにつれて、前記スキージに印加する前記目標印圧を増加させる制御であることを特徴とする請求項１に記載のはんだ印刷方法。
【請求項３】
前記スキージに実際に印加された圧力を検出し、
検出された該圧力が前記目標印圧に追従するようにフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のはんだ印刷方法。
【請求項４】
前記はんだペーストの粘度を検出し、
検出された該粘度に基づいて、前記目標印圧を変化させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のはんだ印刷方法。
【請求項５】
前記粘度が高くなるにつれて前記目標印圧を高く設定することを特徴とする請求項４に記載のはんだ印刷方法。
【請求項６】
前記粘度に基づいて、スキージ速度、スキージ落とし込み量及び／又はスキージ角度を変化させることを特徴とする請求項４又は５に記載のはんだ印刷方法。
【請求項７】
円形形状を含む半導体ウエハー上に開口部を有するマスクを載置し、該マスク上ではんだペーストの付着したスキージを移動させ、前記開口部にはんだバンプを形成するはんだ印刷装置であって、
前記スキージが前記マスク上を移動するときに、前記半導体ウエハーに対する前記スキージの位置を検出するスキージ位置検出手段と、
前記スキージ位置検出手段で検出されたスキージ位置から求められる前記スキージと前記マスクとの接触面積の変化に応じて、前記スキージに印加する目標印圧を変化させる印圧制御を行う制御手段と、を有することを特徴とするはんだ印刷装置。
【請求項８】
前記印圧制御は、前記スキージと前記マスクとの接触面積が増加するにつれて、前記スキージに印加する前記目標印圧を増加させる制御であることを特徴とする請求項７に記載のはんだ印刷装置。
【請求項９】
前記目標圧力に基づいて前記スキージに圧力を印加する圧力印加機構と、
該圧力印加機構により前記スキージに印加された圧力を検出する圧力検出手段とを更に備え、
前記制御手段は、前記圧力検出手段で検出された前記圧力が前記目標印圧に追従するようにフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項７又は８に記載のはんだ印刷装置。
【請求項１０】
前記はんだペーストの粘度を検出するはんだ粘度検出手段を更に備え、
該粘度検出手段により検出された前記粘度に基づいて、前記目標印圧を変化させることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載のはんだ印刷装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記粘度検出手段で検出された前記粘度が高くなるにつれて、前記目標印圧を高く設定することを特徴とする請求項１０に記載のはんだ印刷装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記粘度に基づいて、スキージ速度、スキージ落とし込み量及び／又はスキージ角度を変化させることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のはんだ印刷装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−７６３２４（Ｐ２０１０−７６３２４Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４８８６９（Ｐ２００８−２４８８６９）
【出願日】平成２０年９月２６日（２００８．９．２６）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２６日（２００８．９．２６）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
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