(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を保持するツールと基板等を載置するテーブルとを相対移動可能に設置し、相互に位置合わせを行って基板等に電子部品を搭載する装置において、ツールと同一の支持体に支持されたキャリブレーションカメラと、キャリブレーションカメラの下方に設置されキャリブレーションカメラと相対的に移動可能とされたターゲットマークと、移動可能なターゲットマークの下方に設置され移動可能なターゲットマークと相対的に移動可能とされた上下同時観察カメラと、上下同時観察カメラの下方のテーブル上に形成されたターゲットマークとを設け、キャリブレーションカメラで移動可能なターゲットマークとテーブル上のターゲットマークを認識し、上下同時観察カメラの上方側観察部で移動可能なターゲットマークを認識し、上下同時観察カメラの下方側観察部でテーブル上のターゲットマークを認識し、各認識結果を基に上下同時観察カメラの上方側観察部と下方側観察部との相対的位置ズレを算出して、位置合わせを行うことを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項２】
電子部品を保持するツールと基板等を載置するテーブルとを相対移動可能に設置し、相互に位置合わせを行って基板等に電子部品を搭載する装置において、ツールと同一の支持体に支持されたキャリブレーションカメラとキャリブレーションカメラの下方にキャリブレーションカメラと相対的に移動可能なターゲットマークとを設け、キャリブレーションカメラと該ターゲットマークにてキャリブレーションカメラのＸＹ方向のズレを確認し、移動可能なターゲットマークの下方に移動可能なターゲットマークと相対的に移動可能な上下同時観察カメラと上下同時観察カメラの下方のテーブル上にターゲットマークとを設け、キャリブレーションカメラとテーブル上のターゲットマークにてテーブルのズレを確認し、上下同時観察カメラと移動可能なターゲットマークにて上下同時観察カメラの上方側観察部のズレを確認し、上下同時観察カメラとテーブル上のターゲットマークにて上下同時観察カメラの下方側観察部のズレを確認し、各ズレ量確認の結果により上下同時観察カメラの上方側観察部と下方側観察部の相対的ズレ量を算出し、位置合わせをすることを特徴とする位置合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップや半田ボール等の電子部品を基板等に搭載する装置における電子部品と基板等の位置合わせ装置及び位置合わせ方法に関するもので、主としてデバイスボンダー等高速半導体製造装置において搭載精度維持のため採用される電子部品と基板等の位置合わせのためのキャリブレーション機構及びキャリブレーション方法に特色を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえばフリップチップボンディング装置での位置合わせ方法は、基板の配線パターンや認識マークを第１の観察カメラで読みとり、別設の第２の観察カメラで半導体チップの配線パターンや認識マークを読みとり、画像処理を行い、演算結果に基づき半導体チップ、基板を移動させ位置合わせを行うというものであった。
【０００３】
しかし、この方法は観察カメラ取付部材の熱膨張、移動手段として用いられるボールねじの熱膨張等の温度変化やその他の条件変化により観察カメラの相対的位置関係が変化し、正確な位置合わせができず、観察カメラ等位置合わせに必要な要素に関して位置関係のズレを検出し、補正する必要があった。
【０００４】
また、電子部品搭載装置における生産性向上の要請から、位置合わせのための第１及び第２のカメラを同時観察カメラで行う方法が存在するが、この同時観察カメラを採用した場合のキャリブレーション方法に問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電子部品搭載装置の位置合わせ装置において、上下同時観察カメラを採用して生産性を向上させると共に、上下同時観察カメラの上方側観察部及び下方側観察部の相対的ズレ量を算出し、補正した正確な位置合わせを高速に行いうる位置合わせ装置及び位置合わせ方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用する。
第１に、基板等に電子部品を搭載する装置を電子部品を保持するツールと基板等を載置するテーブルとを相対移動可能に設置し、相互に位置合わせを行って搭載するものとする。
【０００７】
第２に、ツールと同一の支持体に支持されたキャリブレーションカメラを設ける。第３に、キャリブレーションカメラの下方に設置されキャリブレーションカメラと相対的に移動可能とされたターゲットマークを設ける。第４に、移動可能なターゲットマークの下方に設置され移動可能なターゲットマークと相対的に移動可能とされた上下同時観察カメラを設ける。第５に、上下同時観察カメラの下方のテーブル上に形成されたターゲットマークを設ける。
【０００８】
第６に、キャリブレーションカメラで移動可能なターゲットマークとテーブル上のターゲットマークを認識する。第７に、上下同時観察カメラの上方側観察部で移動可能なターゲットマークを認識する。第８に、上下同時観察カメラの下方側観察部でテーブル上のターゲットマークを認識する。第９に、各認識結果を基に上下同時観察カメラの上方側観察部と下方側観察部との相対的位置ズレを算出して、位置合わせを行う。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って、実施例と共に本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明が利用されるボンディング装置の一実施例を示す概略斜視図であり、図２は位置合わせ装置の動きを示す要部説明図である。
【００１０】
ボンディング装置は、図１の上方部に位置するボンディング部と、図１の下方部に位置するボンディングステージ部と、ボンディング部下方に位置させられる移動ターゲット３と図１の左方部に位置する上下同時観察カメラ４を有するものである。
【００１１】
ボンディング部は、ボンディングツール１１、キャリブレーションカメラ２、及び両者をＺ軸方向（上下方向）へ移動させるＺ軸駆動装置１を有する。ボンディングツール１１は、電子部品を保持するツールに相応するものであり、本実施例では半導体チップを吸着し、移動して基板に半導体チップをボンディングする部材である。
【００１２】
ボンディングツール１１とキャリブレーションカメラ２は、共に同一の支持体１２に、両者のＺ軸（上下方向の軸）の平行を維持して固着されており、ボンディングツール１１の移動とキャリブレーションカメラ２の移動は同期したものとなる。
【００１３】
Ｚ軸駆動装置１は、ボンディングツール１１のＺ軸方向への移動を主たる目的とする。
【００１４】
ボンディングステージ部は、基板を載置するテーブルとなるＸＹステージ７とＸＹステージ７をＹ軸方向（図１中、略前後方向）及びＸ軸方向（図１中、略左右方向）に移動させるＹ軸駆動装置７２及びＸ軸駆動装置７３を有する。両駆動装置７２，７３の駆動源にはモータが用いられている。
【００１５】
ＸＹステージ７にはターゲットマーク７１が設けられている。従ってＸＹステージ７の移動とターゲットマーク７１の移動は同期している。尚、実施例でのターゲットマーク７１は、簡単なものの一例として図２に示すような十字図形を用いている。
【００１６】
本発明では、ツール（本実施例ではボンディングツール１１）とテーブル（本実施例ではＸＹステージ７）とは相対的移動可能であればよいとされているが、本実施例ではボンディングツール１１は、Ｚ軸（上下方向）のみの移動であり、ＸＹステージ７はＸ軸及びＹ軸の平面方向のみの移動とされている。
【００１７】
移動ターゲット３は、進入機構３２のロッド３３の先端に取り付けた表示板にターゲットマーク３１を設けたものである。移動ターゲット３のターゲットマーク３１は、表裏面同位置に設けられている。尚、ターゲットマーク３１の表示部分が透明であれば表裏に設ける必要はなく、いずれか一方のみでよい。ＸＹステージ７のターゲットマーク７１と同じ十字図形を用いている。尚、進入機構３２にはエアーシリンダが用いられている。
【００１８】
移動ターゲット３は、ボンディング部とＸＹステージ７の間で、キャリブレーションカメラ２の下方に進退自在に設置されている。キャリブレーションカメラ２と移動ターゲット３のターゲットマーク３１の移動関係は、実施例によればキャリブレーションカメラ２がＺ軸移動で、ターゲットマーク３１が、Ｙ軸移動（前後方向の移動）である。勿論、ターゲットマーク３１は、Ｘ軸移動（左右方向移動）であってもよい。
【００１９】
上下同時観察カメラ４は、進入機構４２のロッド４３先端に取り付けたボディの上面に上方側観察部となる上カメラ５、下面に下方側観察部となる下カメラ６を設けたものである。尚、上下同時観察カメラ４は、２つのミラーを用い、２つのミラーで１つのカメラへ導くものや、２つのＣＣＤカメラの裏面を向かい合わせて配置したもの等が考えられる。
【００２０】
上下同時観察カメラ４は、移動ターゲット３のターゲットマーク３１の下方位置に設置され、進入機構４２よりＸ軸方向に移動可能とされている。進入機構４２は、実施例ではモータを駆動源としている。尚、進入方向もＸ軸方向に限定さない。
【００２１】
本発明は、上下同時観察カメラ４とキャリブレーションカメラ２、移動ターゲット３のターゲットマーク３１、ＸＹステージ７上のターゲットマーク７１を用いて上下同時観察カメラ４の上カメラ５、下カメラ６のキャリブレーションを実施する。以下、図３乃至図５に従って、キャリブレーション方法について説明する。
【００２２】
まず、Ｙ軸駆動装置７２及びＸ軸駆動装置７３の動作によりＸＹステージ７がキャリブレーション位置への移動を開始する。キャリブレーション位置とは、図３乃至図５において垂直な一点鎖線で示される位置を言うが、具体的には移動ターゲット３のターゲットマーク３１により決定される位置のことである。この移動は、本来、第２過程での動作であるが、ＸＹステージ７がキャリブレーション位置まで移動するには、時間がかかるので第１過程より先に移動を開始させておくのである。
【００２３】
第１過程は、Ｚ軸のズレ量の確認過程である。Ｚ軸駆動機構１によりキャリブレーションカメラ２が移動ターゲット３のターゲットマーク３１の観察高さへ移動する。他方、退避位置にあったターゲットマーク３１がキャリブレーション位置へ移動する。図３がその状態を示す概略斜視図である。
【００２４】
その後、キャリブレーションカメラ２がターゲットマーク３１の画像取り込みを行いＺ軸のターゲットマーク３１に対するズレ量ｘ１（Ｘ軸方向のズレ量）とｙ１（Ｙ軸方向のズレ量）を確認する。Ｚ軸のズレ量は、確認対象から言えばキャリブレーションカメラ２のズレ量を意味するが、同時にボンディングツール１１のズレ量でもある。確認作業終了後、ターゲットマーク３１は退避位置へ移動する。
【００２５】
第２過程は、ＸＹステージ７のズレ量の確認過程である。キャリブレーションカメラ２とＸＹステージ７上のターゲットマーク７１にてＸＹステージ７のズレを確認するのである。
【００２６】
まず、先に移動を開始しているＸＹステージ７がキャリブレーション位置に到着した後、キャリブレーションカメラ２がＸＹステージ７上のターゲットマーク７１の観察高さへ移動する。図４は、この状態を示す概略斜視図である。そこで、キャリブレーションカメラ２がＸＹステージ７上のターゲットマーク７１の画像取り込みを行い、Ｚ軸、すなわちキャリブレーションカメラ２のＸＹステージ７上のターゲットマーク７１に対するズレ量ｘ２（Ｘ軸方向のズレ量）とｙ２（Ｙ軸方向のズレ量）を確認する。これがＸＹステージ７のズレ量となり、該ズレ量ｘ２とｙ２は、第１過程でのＺ軸ズレ量ｘ１（Ｘ軸方向のズレ量）とｙ１（Ｙ軸方向のズレ量）を考慮したものとなる。
【００２７】
第３過程は、上下同時観察カメラ４における上カメラ５のズレ量の確認過程である。上カメラ５と移動ターゲット３のターゲットマーク３１にて上カメラ５のズレ量を確認する。まず、ターゲットマーク３１がキャリブレーション位置へ移動する。同時に上下同時観察カメラ４が観察位置へ移動する。図５がこの状態を示す概略斜視図である。ここで上カメラ５がターゲットマーク３１の下面側の画像を取り込み、上カメラ５のターゲットマーク３１に対するズレ量ｘ３（Ｘ軸方向のズレ量）とｙ３（Ｙ軸方向のズレ量）を確認する。
【００２８】
第４過程は、上下同時観察カメラ４の下カメラ６のズレ量の確認過程である。下カメラ６とＸＹステージ７上のターゲットマーク７１にて下カメラ６のズレ量を確認する。すなわち第３過程と同じ位置で、下カメラ６がＸＹステージ７上のターゲットマーク７１の画像を取り込み、下カメラ６のＸＹステージ７上のターゲットマーク７１に対するズレ量ｘ４（Ｘ軸方向のズレ量）とｙ４（Ｙ軸方向のズレ量）を確認する。
【００２９】
その後、ターゲットマーク３１は退避位置へ移動し、上下同時観察カメラ４も退避位置へ移動する。
【００３０】
上記のズレ量の確認の結果ｘ１〜ｘ４（Ｘ軸方向のズレ量）とｙ１〜ｙ４（Ｙ軸方向のズレ量）にてターゲットマーク３１を基準として上下同時観察カメラの上カメラ５と下カメラ６の相対的ズレ量を算出することが可能となり、このズレ量をもとに半導体チップと基板との位置合わせを補正することができるのである。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、如上のように構成されるため電子部品搭載装置の位置合わせ装置において、上下同時観察カメラを採用して生産性を向上させることができると共に、上下同時観察カメラの上方側観察部及び下方側観察部の相対的ズレ量を算出し、補正することができるので、正確な位置合わせを高速に行いうる位置合わせ装置及び位置合わせ方法となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が利用されるボンディング装置の概略斜視図
【図２】位置合わせ装置の動きを示す要部説明図
【図３】Ｚ軸のズレ量確認時を示す概略斜視図
【図４】ＸＹステージのズレ量確認時を示す概略斜視図
【図５】上下同時観察カメラのズレ量確認時を示す概略斜視図
【符号の説明】
１．．．．．．．．Ｚ軸駆動装置
２．．．．．．．．キャリブレーションカメラ
３．．．．．．．．移動ターゲット
４．．．．．．．．上下同時観察カメラ
５．．．．．．．．上カメラ
６．．．．．．．．下カメラ
７．．．．．．．．ＸＹステージ
１１．．．．．．．ボンディングツール
１２．．．．．．．支持体
３１，７１．．．．ターゲットマーク
３２，４２．．．．進入機構
３３，４３．．．．ロッド
７２．．．．．．．Ｙ軸駆動装置
７３．．．．．．．Ｘ軸駆動装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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