(57)【要約】【課題】高精度での位置合わせが容易に行える位置合わせ装置、位置合わせ方法、及び実装方法を提供する。【解決手段】位置合わせ装置１０は、複数の位置合せ対象１１，１２の位置を合わる位置合せ装置であって、撮像機能を有するとともに互いに異なる方向を向く第１の撮像手段としての上カメラ２１及び第２の撮像手段としての下カメラ２２と、一方の前記位置合わせ対象１１の基準位置１１ａと補正用のターゲット２５の基準位置２５ａとがＺ方向において同位置に配置されるように位置合わせ対象１１とターゲット２５を支持可能な支持ツール２３と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2011151331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の位置合せ対象の位置を合わる位置合せ装置であって、
撮像機能を有するとともに互いに異なる方向を向く第１の撮像手段及び第２の撮像手段と、
一方の前記位置合わせ対象の基準位置と補正用のターゲットの基準位置とが所定の第１方向において同位置に配置されるように前記一方の位置合わせ対象と前記ターゲットとを移動可能に支持する支持手段と、
を備えることを特徴とする、位置合わせ装置。
【請求項２】
２つの位置合せ対象の位置を合わる位置合せ装置であって、
撮像機能を有するとともに、所定の第１方向において互いに逆方向を向き、前記第１方向と交差する面内の位置情報を取得する、第１の撮像手段及び第２の撮像手段と、
一方の前記位置合わせ対象及び補正用のターゲットを支持可能な支持手段と、
前記支持手段を互いに交差する３軸方向において移動可能とする移動手段と、
を備え、
前記ターゲットの基準位置と前記一方の位置合わせ対象の基準位置とは、前記第１方向において同位置に設定されることを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項３】
複数の位置合せ対象の位置を合わる位置合せ方法であって、
一方の前記位置合わせ対象の基準位置と補正用のターゲットの基準位置とを第１方向において同位置に支持可能な支持手段により前記ターゲットを支持して第１の撮像手段の対象位置にセットする工程と、
前記第１の撮像手段で前記ターゲットを撮像する工程と、
前記支持手段を移動して、前記第１の撮像手段と異なる方向を向く第２の撮像手段の対象位置に前記ターゲットをセットする工程と、
前記第２の撮像手段で前記ターゲットを撮像する工程と、
前記撮像情報、位置情報、及び前記移動に関する移動情報の、少なくともいずれかを含む情報に基づいて、第１撮像手段の対象位置と第２撮像手段の対象位置に関する補正情報を取得する工程と、
を備えたことを特徴とする位置合わせ方法。
【請求項４】
一方の前記位置合わせ対象を、前記支持手段で支持して、第１の撮像手段の対象位置にセットする工程と、
他方の前記位置合わせ対象を、第２の撮像手段の対象位置にセットする工程と、
前記補正情報に基づいて前記一方の位置合わせ対象を移動させ、前記一方の位置合わせ対象と前記他方の位置合わせ対象との位置決めを行う工程と、
を備えたことを特徴とする請求項３記載の位置合わせ方法。
【請求項５】
請求項４に記載の位置合わせ方法における前記位置決めを行う工程の後に、前記一方または他方の位置合わせ対象を前記他方または一方の位置合わせ対象に実装する工程を備えることを特徴とする実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置合わせ装置、位置合わせ方法、及び実装方法に係り、複数の位置合わせ対象を位置合わせするものに関する。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップボンダなどにおける位置合わせ方法として、２つの位置合わせ対象を、互いに異なる方向を向く２つのカメラを用いて撮像して位置合わせを行う方法が知られている。この種の位置合わせ方法では、予めターゲットを撮像して２つのカメラの相対位置関係に基づく補正情報を求めている。通常、補正情報を求める度にターゲットを搭載し、補正情報を求めた後にターゲットを回収している。また、例えば、互いに同軸上に配置され撮像視野を向き合わせて取り付け固定される２つのカメラと、これらカメラ間に取り出したチップを介在させるツールと、ツールからチップを受け取るボンディングツールを備え、チップを基板にボンディングさせるボンディングヘッドと、基板に対向して設けられ撮像範囲が変動自在な基板認識カメラと、補正用ターゲットと、を具備した位置合わせ装置が提供されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、２つのカメラでそれぞれターゲットを撮像してＸＹ方向の補正情報を算出し、別のカメラでチップを認識しながら補正情報に基づいてチップのＸＹ方向の位置合わせをした後、Ｚ方向に沿ってチップを移動させて基板上へ実装を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１０４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上述の技術では以下の問題がある。すなわち、補正情報を求める毎にターゲットの供給や回収をする方法ではターゲットの回収や設置の際にターゲット位置に誤差が生じ、位置合わせ精度が低下する場合がある。一方、ＸＹ方向における位置合わせの後にＺ方向に沿って対象を移動させて実装する方法では、Ｚ方向の移動の際に装置の駆動軸等に依存する誤差が生じ、位置合わせ精度が低下する場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、高精度での位置合わせが容易に行える位置合わせ装置、位置合わせ方法、及び実装方法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】
本発明の一形態に係る位置合わせ装置は、複数の位置合せ対象の位置を合わる位置合せ装置であって、撮像機能を有するとともに互いに異なる方向を向く第１の撮像手段及び第２の撮像手段と、一方の前記位置合わせ対象の基準位置と補正用のターゲットの基準位置とが所定の第１方向において同位置に配置されるように前記一方の位置合わせ対象と前記ターゲットを移動可能に支持する支持手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の一形態に係る位置合わせ方法は、複数の位置合せ対象の位置を合わる位置合せ方法であって、一方の前記位置合わせ対象の基準位置と補正用ターゲットの基準位置とを第１方向において同位置に支持可能な支持手段により前記ターゲットを支持して第１の撮像手段の対象位置にセットする工程と、前記第１の撮像手段で前記ターゲットを撮像する工程と、前記支持手段を移動して、前記第１の撮像手段と異なる方向を向く第２の撮像手段の対象位置に前記ターゲットをセットする工程と、前記第２の撮像手段で前記ターゲットを撮像する工程と、前記撮像情報、位置情報、及び前記移動に関する移動情報の、少なくともいずれかを含む情報に基づいて、第１撮像手段の対象位置と第２撮像手段の対象位置に関する補正情報を取得する工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の一形態に係る実装方法は、前記一方または他方の位置合わせ対象を前記他方または一方の位置合わせ対象に実装する工程を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る位置合わせ装置、位置合わせ方法、及び実装方法によれば、高精度での位置合わせが容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る位置合わせ装置の構成を示す説明図。
【図２】同実施形態に係る補正情報取得の動作を示す説明図。
【図３】同実施形態に係る補正情報取得の工程を示す説明図。
【図４】同実施形態に係る位置合わせの動作を示す説明図。
【図５】同実施形態に係る位置合わせの工程を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態にかかる位置合わせ装置、位置合わせ方法、及び実装方法について、図１乃至図５を参照して説明する。なお、各図において説明のため、適宜、構成を拡大、縮小または省略して概略的に示している。図中矢印Ｘ，Ｙ及びＺはそれぞれ互いに直交する３方向を示す。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態に係る位置合わせ装置１０は、例えば基板１２上の所定位置１２ａに半導体チップなどの搭載部品１１を位置合わせして実装する際に用いられる実装装置である。ここでは、一例として、一方の位置合わせ対象を半導体チップなどの搭載部品１１とし、他方の位置合わせ対象を基板１２とした。
【００１３】
位置合わせ装置１０は、第１の撮像手段としての上カメラ２１と、第２の撮像手段としての下カメラ２２と、一方の位置合わせ対象を支持する支持手段としての支持ツール２３と、支持ツール２３をＸＹＺ軸方向において移動可能にする移動機構２４と、支持ツール２３に固定された補正用ターゲット２５と、他方の位置合わせ対象がセットされるステージ２６と、これらに接続され各部の動作を制御する制御部２７と、を備えて構成される。
【００１４】
上カメラ２１は、Ｚ軸（第１方向）の一方側である上方を向いて配置され、その焦点に配されたターゲット２５や位置合わせ対象としての搭載部品１１を下方から撮像し、対象物の撮像情報や、ＸＹ平面における位置情報等を取得する機能を有する。
【００１５】
下カメラ２２は、Ｚ軸の他方側である下方を向いて配置され、その焦点に配されたターゲット２５や位置合わせ対象としての基板１２を上方から撮像し、対象物の撮像情報や、ＸＹ平面における位置情報等を取得する機能を有する。
【００１６】
上下のカメラ２１，２２は互いに隣接して設置され、一体に固定されている。また、上下のカメラ２１，２２は一体に動作可能に構成されていてもよい。
【００１７】
支持ツール２３は、搭載部品１１を吸着ノズル３１ａで吸着して支持する対象セット部３１と、補正用のターゲットが固定されるターゲットセット部３２と、を一体に備えるとともに、これらのセット部３１，３２を一体でＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動可能とする移動機構２４を備えている。すなわち、支持ツール２３は、搭載部品１１とターゲット２５を支持するとともに、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動可能に構成されている。
【００１８】
支持ツール２３は、制御部２７の制御により、一方の位置合わせ対象としての搭載部品１１を吸着ノズル３１ａで吸着しながら、取得した補正情報に基づいて移動させることにより、他方の位置合わせ対象としての基板１２等の搭載対象に搭載部品１１を位置決めしてセットする機能を有する。
【００１９】
ターゲット２５は、例えば透明なパネルなどで構成され、下面の所定位置にアライメント用のマーク２５ａが付されている。ターゲット２５は、支持ツール２３のターゲットセット部３２に固定され、対象セット部３１と一体に動くようになっている。
【００２０】
ターゲット２５のマーク２５ａと、一方の位置合わせ対象としての搭載部品１１の下面の基準位置１１ａとは、互いにＺ方向において位置が揃うように設定されている。すなわち、支持ツール２３は、搭載部品１１の基準位置である下面と、ターゲット２５の基準位置であるマーク２５ａとが、Ｚ方向において同位置に配置されるように構成されている。
【００２１】
制御部２７は、移動機構２４を駆動して上カメラ２１と下カメラ２２のそれぞれの焦点位置（対象位置）にターゲット２５を移動させ、カメラ２１，２２でターゲット２５を撮像させ、撮像情報及び位置情報を取得し、その撮像情報及び位置情報から２つのカメラ２１，２２の相対位置関係に関する補正情報を算出する。また、制御部２７は、取得した補正情報に基づいて位置合わせ対象を移動させて位置合わせを行うように移動機構２４の動作を制御する。
【００２２】
以下、本実施形態にかかる位置合わせ装置１０の動作、位置合わせ方法、及び実装方法について、図２乃至図５を参照して説明する。位置合わせ方法は、まず補正情報を取得する補正情報取得工程と、その補正情報に基づいて２つの位置合わせ対象を位置合わせする位置合わせ工程とで構成される。
【００２３】
上下カメラ２１，２２の相対位置関係による補正情報を取得するまでの工程について図２の動作説明図と図３の工程説明図を参照して説明する。
【００２４】
まず、支持ツール２３にてターゲット２５を支持した状態で、移動機構２４を駆動し、図２（ａ）に示すように、ターゲット２５を、上カメラ２１の直上の焦点位置に移動させ、セットする（ＳＴ１）。
【００２５】
上カメラ２１で下方からターゲットを撮像させ、撮像情報からターゲット２５のＸＹ平面上の位置情報を取得する（ＳＴ２）。
【００２６】
ついで、図２（ｂ）に示すように移動機構２４を駆動してターゲット２５を移動させ、図２（ｃ）に示すように、ターゲット２５を下カメラ２２の直下の焦点位置にセットする（ＳＴ３）。なお、ターゲット２５を移動させる際には、ターゲットセット部３２と対象セット部３１とが一体となって移動する。
【００２７】
ついで、下カメラ２２で上方からターゲット２５を撮像させ、撮像情報からターゲット２５のＸＹ平面上の位置情報を取得する（ＳＴ４）。
【００２８】
そして、支持ツール２３の移動情報及び取得した撮像情報、位置情報などの各種情報に基づき、上カメラ２１と下カメラ２２の相対位置関係を算出し、この相対位置関係から補正情報を求める（ＳＴ５）。
【００２９】
なお、この補正量取得動作は、初期調整時のみに限らず、位置合わせ装置１０が動作中の任意のタイミングで動作させることができる。
【００３０】
以下、補正情報に基づいて２つの位置合わせ対象を位置合わせする位置合わせ工程について、図４の動作説明図と図５の工程説明図を参照して説明する。
【００３１】
搭載部品１１を基板１２に搭載する際には、まず、図４（ａ）に示すように、支持ツール２３の対象セット部３１に搭載部品１１をセットし（ＳＴ１１）、搭載部品１１を上カメラ２１の直上の焦点位置に移動させる（ＳＴ１２）。このとき、上カメラ２１を用いて搭載部品１１を撮像し、撮像情報から搭載部品１１のＸＹ平面上における位置情報を取得する（ＳＴ１３）。
【００３２】
また、図４（ｂ）に示すように、ステージ２６上に、他方の位置合わせ対象としての基板１２をセットし（ＳＴ１４）、ステージ２６を移動させて基板１２を下カメラ２２の直下の焦点位置にセットする（ＳＴ１５）。このとき、下カメラ２２を用いて基板１２を撮像し、撮像情報から基板１２上の所定位置１２ａのＸＹ平面上における位置情報を取得する（ＳＴ１６）。
【００３３】
ついで、搭載部品１１及び基板１２の位置情報と予め取得した補正情報に基づき、支持ツール２３を移動させ、図４（ｃ）に示すように、搭載部品１１を基板１２上の所定位置１２ａに位置決めする（ＳＴ１７）。
【００３４】
ＳＴ１７の位置合わせが完了した後、支持ツール２３に設けられたボンディング機能を用いて基板１２上の所定位置１２ａに位置決めされた搭載部品１１を接合することにより（ＳＴ１８）、実装工程が完了する。
【００３５】
本実施形態に係る位置合わせ装置、位置合わせ方法及び実装方法は、以下のような効果を奏する。すなわち、カメラ位置補正用のターゲット２５を、支持ツール２３の位置合わせ対象１１と同位置に設置し、支持ツール２３の移動により各カメラ２１，２２の焦点位置へ移動できるようにしたことにより、位置合わせ装置１０の誤差が、位置合せ精度に影響することを防止できる。
【００３６】
また、カメラ２１，２２によってＸＹ平面上の位置情報を取得可能としたことに加えてＺ軸方向においてターゲット２５と搭載部品１１の位置を揃えて同じ動作をするようにしたことにより、位置合わせ対象である搭載部品１１の移動の始点と終点を３軸方向において定めることが出来る。したがって、ＸＹ平面上の位置合わせ後に装置の駆動によりＺ方向に移動させる場合に比べ、位置合わせ装置１０の移動軸のずれや環境による誤差が位置合せ精度に影響することがなく、３軸方向において高い精度を確保できる。
【００３７】
また、位置合わせ動作のたびに吸着機構にターゲットを供給・回収して補正情報を取得する方法ではターゲットの位置ずれが位置合せ精度に影響するが、上記実施形態によれば搭載部品１１とともにターゲットを固定しているので、補正情報の取得毎に供給・回収する必要がなく、高精度が確保されるとともに、ターゲットの供給・回収用の機構が不要となる。
【００３８】
さらに、ターゲット２５の認識と位置合わせ対象１１，１２の認識に、共通するカメラ２１，２２を用いるので、専用の光学系が不要であり、カメラ数の増大や必要なスペースやコストを削減できる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、ターゲット２５として、透明板状のパネルにパターンを形成したものを用いたが、ピンホールを用いたものであっても適用可能である。また、位置合わせ対象は上記例に限られるものではなく、適宜変更して実施可能である。
【００４０】
上記第１実施形態では、上側の位置合わせ対象である搭載部品１１を移動させた場合を例示したがこれに限られるものではない。例えば下側の位置合わせ対象を移動させることも可能である。この場合には下側の部品にターゲットを一体に取付け、下側の部品を移動させることにより位置合わせを行う。また、焦点位置にセットする際には一対のカメラを一体で移動させても良い。これらの場合にあっても上記第１実施形態と同様の効果を得られる。
【００４１】
位置情報、移動情報、補正情報などの各種情報の取得方法や取得手順は上記実施形態に限られるものではなく、適宜変更して実施可能である。例えば、図３において、上下カメラの撮像順を逆にしてもよい。
【００４２】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０…位置合わせ装置、１１…搭載部品（一方の位置合わせ対象）、１１ａ…基準位置、
１２…基板（他方の位置合わせ対象）、１２ａ…所定位置（基準位置）、
２１…上カメラ（第１の撮像手段）、２２…下カメラ（第２の撮像手段）、
２３…支持ツール（支持手段）、２４…移動機構、２５…ターゲット、
２５ａ…マーク（基準位置）、２６…ステージ、２７…制御部、３１ａ…吸着ノズル、
３１…対象セット部、３２…ターゲットセット部。
【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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