(57)【要約】      （修正有）【課題】加熱された半導体チップを貼り付けるマウント装置において、半導体チップの位置を画像認識する時に、熱によるゆらぎの影響を低減し、高精度に接着固定することを可能とした半導体チップのマウント装置を提供する。【解決手段】画像認識用の光学系１０１と半導体チップ１０９との間の光路上の気体を乱流状態にすることで、ゆらぎの周波数成分のうち、低周波成分を減少させることができる。上記条件下で、画像処理装置１０３において、ゆらぎの高周波成分を除去するために低域通過フィルタ（ＬＰＦ）と同じ効果を有する、撮像した位置の平均位置を求める平均化処理を用いて半導体チップ１０９の位置を決定することにより、平均化処理の結果の値が安定するのにかかる時間を短縮させることができると共に、平均化処理した位置の値の収束が安定する。そのため、短い時間で高精度に半導体チップ１０９を位置決めできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップの位置を測定可能な光学系と撮像系と画像処理系とを備え、さらに光路上の気体を乱流状態にする手段を備えており、光路上の気体を乱流状態にした上で、前記光学系と撮像系により検出した前記半導体チップの複数回の位置測定値から平均位置を求め、その結果を前記半導体チップの位置とすることを特徴とする半導体チップのマウント装置。
【請求項２】
前記光学系の光路上の気体を乱流状態にする手段は、壁に向けて気体を噴出する手段であることを特徴とする請求項１に記載の半導体チップのマウント装置。
【請求項３】
前記光学系の光路上の気体を乱流状態にする手段は、機能上必要な装置の構造体に向けて気体を噴出する手段であることを特徴とする請求項１に記載の半導体チップのマウント装置。
【請求項４】
前記の機能上必要な装置の構造体は、チップを吸着保持してマウントするフィンガーであることを特徴とする請求項３に記載の半導体チップのマウント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッド用等の基材にインク吐出用等の半導体チップを、熱によるゆらぎの影響を低減させて、高精度に接着固定する半導体チップのマウント装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、インクジェット用ヘッドではインク吐出用の半導体チップをセラミック製の基材に高精度に貼り付けることが要求されている。この場合、接着剤としては、一般には硬化が容易な熱硬化性接着剤が使用されている。かかる熱硬化性接着剤で半導体チップを固定させるためには、半導体チップを吸着保持しているフィンガーの内部に組み込んだヒーターの熱で接着剤を硬化させることが行われている。
【０００３】
一般的に、半導体チップを基材に高精度に貼り付けるために、半導体チップの位置を画像認識し、半導体チップの位置を補正した後、基材に貼り付けることが行われている。しかしながら、上記のように半導体チップを加熱保持した状態で、チップの位置を画像認識しようとすると、加熱されたフィンガーの発する熱によって光路上の気流が乱れ、光路上の気体密度が変化することによって屈折率が変わってしまうために画像にゆらぎが発生してしまう。そのため、短い時間で高精度に半導体チップを位置決めできないという問題があった。
【０００４】
その対策として、特許文献１には、光路部及び光路周辺に対して、強制的に横方向からほぼ定温、定速の空気流を吹き付け、これにより光路上の乱気流を抑えて空気密度を一定に保たせる技術が記載されている。特許文献１に記載されたゆらぎ対策を用いたマウント装置の例を図５に示す。図５に示すマウント装置では、まず加熱フィンガー２０６に吸着保持された半導体チップ２０９を光学系２０１を通して撮像系２０２で撮像する。この際のゆらぎ対策として、図中一点鎖線で示される光路に向けて図中鎖線矢印で示されるようにエアーを噴出するエアーブロー２１０を配置する。
【０００５】
画像処理装置２０３で半導体チップ２０９の位置を算出し、制御装置２０４で目標位置とのずれ量を算出する。そのずれ量だけＸＹθ＆Ｚステージ２０５で半導体チップ２０９の位置補正を行う。再度、撮像系２０２で半導体チップ２０９の位置を画像認識して、ずれ量が許容範囲内になった時点で、ＸＹθ＆Ｚステージ２０５のＺ軸を動かし、半導体チップ２０９を、熱硬化型接着剤２０８が塗布された基材２０７の上に貼り付ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−１３１７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載されている手法を用いて、加熱フィンガー２０６の熱によるゆらぎを低減するために、光路に向けてエアーを噴出するエアーブロー２１０を配置し、定速の層流を吹き付けた場合、低周波の乱流が残ってしまう。これは、定速の層流を吹き付けても、ゆらぎの影響を完全に除去することができていないからである。
【０００８】
本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、半導体チップを、熱によるゆらぎの影響を低減させて、高精度に接着固定することを可能にする半導体チップのマウント装置を実現することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そして、本発明は上記目的を達成するために、半導体チップの位置を測定可能な光学系と撮像系と画像処理系とを備え、さらに光路上の気体を乱流状態にする手段を備えており、光路上の気体を乱流状態にした上で、前記光学系と撮像系により検出した前記半導体チップの複数回の位置測定値から平均位置を求め、その結果を前記半導体チップの位置とすることを特徴とする半導体チップのマウント装置を提供するものである。
【００１０】
上記の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、周波数成分が一定の乱流を作り出し、光路上の気体を乱流状態にすることで、光路上の気体が層流状態にある場合と比較して、ゆらぎの周波数成分のうち低周波成分が減少する。ゆらぎの低周波成分が減少すると、光路上の気体密度のゆっくりとした（低周波な）変化が低減され、それによって屈折率のゆっくりとした（低周波な）変化が低減されている。上記条件下で、画像処理系において、一般的な画像処理装置で行われている平均化処理（測定位置の平均化）を行って半導体チップの位置を測定すると、平均化処理の結果の値が安定するのに要する時間を短縮させることができると共に、平均化処理した位置の値の収束が安定する。
【発明の効果】
【００１１】
上述したように本発明の半導体チップのマウント装置は、短い時間で高精度に半導体チップを位置決めできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すマウント装置の概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。
【図２】本発明の実施例１に係るマウント装置を用いた実験結果を示す図であり、（ａ）は位置データを示すグラフ、（ｂ）は位置の周波数成分を示すグラフ、（ｃ）は位置の平均化処理した値を示すグラフである。
【図３】比較例１に係る従来のゆらぎ対策を組み込んだマウント装置を用いた実験結果を示す図であり、（ａ）は位置データを示すグラフ、（ｂ）は位置の周波数成分を示すグラフ、（ｃ）は位置の平均化処理した値を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態を示すマウント装置の概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。
【図５】従来のゆらぎ対策を組み込んだマウント装置の一例を示す概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るマウント装置を、図１を参照しつつ具体的に説明する。  図１は、約１６０度に加熱された加熱フィンガー１０６に半導体チップ１０９を供給し吸着保持している状態の図である。本装置は、半導体チップ１０９の位置を測定可能な光学系と撮像系と画像処理系とを備えている。加熱フィンガー１０６に吸着保持された半導体チップ１０９を、光学系１０１を通して撮像系１０２で撮像する。画像処理装置１０３で半導体チップ１０９の位置を算出し、制御装置１０４で目標位置とのずれ量を算出する。そして、そのずれ量だけＸＹθ＆Ｚステージ１０５で半導体チップ１０９の位置補正を行う。再度、撮像系１０２で半導体チップ１０９の位置を画像認識して、ずれ量が許容範囲内になったら、ＸＹθ＆Ｚステージ１０５のＺ軸を動かし、熱硬化性接着剤１０８が塗布された基材１０７の上に貼り付ける。
【００１４】
本装置中には、ゆらぎ対策として、光学系１０１と加熱フィンガー１０６との間の光路（図中一点鎖線で示される）に向けてエアーを噴出する〈図中鎖線矢印で示される〉エアーブロー１１０が配置してある。エアーブロー１１０から噴出されるエアーの温度はヒーター等で調整することができる。ここでは、エアーの温度は常温とした。また、エアーブロー１１０から噴出されるエアーの量はスピコンで調節することができる。ここで、ＸＹθ＆Ｚステージ１０５の左端（図１（ｂ）参照）の光路に近い位置（図１（ａ）参照）には、エアーブロー１１０が噴出するエアーの向きと垂直な平面を有する正方形板状の壁１１１が配置してある。壁１１１の該平面の面積は、エアーブロー１１０の噴出し口の面積よりも大きいものとしてある。かかる構造により、エアーブロー１１０から噴出されるエアーを壁１１１に衝突、反射させ、光路上の気体を乱すことにより、光路上の気体を乱流状態にする。
【００１５】
ここで、乱流状態とは、光路上の気体（分子）が入り乱れて不規則に運動し、流線が細かい不規則な変動を示す流れの状態を意味している。光路上の気体を乱流状態にすることで、光路上の気体密度のゆっくりとした変化を低減することができ、それによって屈折率のゆっくりとした変化を低減することができる。光路上の気体を乱流状態にした上で、光学系１０１を通して撮像系１０２により検出した半導体チップ１０９の位置の平均化処理を行い、半導体チップ１０９の位置のアライメントを行う。
【００１６】
その動作として、まず、半導体チップ１０９上にあらかじめ配置してあるアライメントマークが、乱流状態にした光路上の気体を介して、光学系１０１を通して撮像系１０２で撮像される。撮像されたアライメントマークの位置は、画像処理装置１０３により平均化され、その結果を半導体チップ１０９の位置とする。制御装置１０４で、この位置とあらかじめ登録しておいた目標位置とのずれ量を算出する。そのずれ量だけＸＹθ＆Ｚステージ１０５で半導体チップ１０９の位置補正を行う。一般的には、直行する２軸ステージＸＹ軸ステージおよびＺ軸回りに回転するθ軸ステージの計３軸のステージを組み合わせて水平面内の位置補正を実現する。
【００１７】
ＸＹθ＆Ｚステージ１０５の補正動作が終了したら、再度撮像系１０２で半導体チップ１０９の位置を画像認識する。かかる補正動作と位置の画像認識を繰り返し、ずれ量が許容値以内になったら、ＸＹθ＆Ｚステージ１０５内のＺ軸で半導体チップ１０９を下降させ、熱硬化性接着剤１０８が塗布されたセラミック製の基材１０７の上に貼り付ける。
【００１８】
熱硬化性接着剤１０８が加熱され硬化したら、加熱フィンガー１０６による半導体チップ１０９吸着保持を解除しＺ軸ステージで加熱フィンガー１０６を上昇させる。その後、半導体チップ１０９が熱硬化性接着剤１０８により接着された基材１０７を排出することで、マウント装置の動作が終了する。
【００１９】
第１の実施形態では、光路上の気体を乱流状態にするために、光路に近い位置に設けた、エアーブロー１１０が噴出するエアーの向きと垂直な平面を有する壁１１１を用いたが、壁１１１の該面の向きは必ずしも噴出するエアーの向きと垂直である必要はなく、また、平面である必要もない。さらに、壁１１１の形状は正方形板状に限定されない。
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例により限定されるものではない。
【実施例１】
【００２０】
図１に示すマウント装置で、半導体チップの複数回の位置測定値から平均位置を求めるという平均化処理をした結果の値が±０．１μｍ以内に収束するまでにかかる時間を測定した。
【００２１】
半導体チップ１０９上にあらかじめ配置したアライメントマークの大きさは、１２０μｍであった。光学系１０１としては倍率２倍のレンズを用い、撮像系１０２としては３５万画素のＣＣＤを用いた。これにより、画像処理装置１０３の解像度は、３．７５μｍ／画素となった。
【００２２】
半導体チップの位置の測定周期は０．０３３秒とし、壁１１１と光学系１０１の光軸との間の距離は５ｍｍとした。
【００２３】
エアーブロー１１０のエアーの元圧は０．５ＭＰａとし、エアーブロー１１０は、エアー配管用継ぎ手を用いて、エアーを６個（図１（ｂ）参照）の外径４ｍｍ（内径２．５ｍｍ）のエアー配管チューブに分岐させ、このエアー配管チューブから定温かつ定速なエアーを噴出させた。エアーの風量は、スピコンで定速の層流となるように調節した。
【００２４】
上記条件下で本発明を実施した実験結果を図２に示す。図２（ａ）の位置データを示すグラフの横軸は時間（秒）を表し、縦軸は光学系１０１を通して撮像系１０２で撮像した半導体チップ１０９の位置（μｍ）を表している。図２（ｂ）の位置の周波数成分を示すグラフの横軸は周波数（Ｈｚ）を表し、縦軸は振幅（パワースペクトル）を表している。
【００２５】
図２（ｃ）の位置の平均化処理した値を示すグラフの横軸は時間（秒）を表し、縦軸は半導体チップの位置測定値から平均位置を求める平均化処理をした結果の値（μｍ）を表している。
【００２６】
図２（ｂ）より、光路上の気体を乱流状態にすることで、ゆらぎの周波数成分のうち、低周波成分が主成分となっていないことが分かる。これは、光路上の気体を乱流状態にすることで、光路上の気体密度のゆっくりとした（低周波な）変化が低減され、それによって屈折率のゆっくりとした（低周波な）変化が低減されるからである。そのため、画像処理装置１０３において、位置測定値から平均位置を求める平均化処理を用いて半導体チップ１０９の位置を測定すると、ゆらぎの影響を低減することができる。ゆらぎの影響を低減することができるので、図２（ｃ）に示すように平均化処理の結果の値が安定するのにかかる時間を短縮させることができると共に、平均化処理した位置の値の収束が安定する。そのため、短い時間で高精度に半導体チップを位置決めできる。
【比較例１】
【００２７】
図５に示す従来のマウント装置に、実施例１と同様の平均化処理を行う画像処理装置を配置し、半導体チップの複数回の位置測定値から平均位置を求めるという平均化処理をした結果の値が±０．１μｍ以内に収束するまでにかかる時間を測定した。半導体チップの位置の測定周期は０．０３３秒とした。
【００２８】
その実験結果を図３に示す。図３（ａ）の位置データを示すグラフの横軸は時間（秒）を表し、縦軸は光学系２０１を通し撮像系２０２で撮像した半導体チップ２０９の位置（μｍ）を表している。図３（ｂ）の位置の周波数成分を示すグラフの横軸は周波数（Ｈｚ）を表し、縦軸は振幅（パワースペクトル）を表している。図３（ｃ）の位置の平均化処理した値を示すグラフの横軸は時間（秒）を表し、縦軸は半導体チップの位置測定値から平均位置を求める平均化処理をした結果の値（μｍ）を表している。
【００２９】
図３（ａ）より、特許文献１に記載されている手法を用いると、ゆらぎの影響による位置の変化が約±３μｍに収まるが、今回求められる要求精度である±０．１μｍに対して、位置の変化が大きいことが分かる。図３（ｂ）より、ゆらぎの周波数成分のうち、低周波成分が主成分となっていることが分かる。このことから、定速の層流を吹き付けても低周波の乱流が残ってしまうことが分かる。
【００３０】
そのため、画像処理装置２０３において、位置測定値から平均位置を求める平均化処理を用いて半導体チップ２０９の位置を測定しても、ゆらぎの低周波成分は除去できないため、ゆらぎの影響が残ってしまう。そのため、図３（ｃ）に示すように平均化処理した結果の値が安定するのに時間がかかる。また、平均化処理した位置の値の収束が不安定である。そのため、短い時間で高精度に半導体チップを位置決めできない。
【００３１】
図２（ｃ）と図３（ｃ）とを比較すると、平均化処理した位置の値が±０．１μｍ以内に収束するまでの時間が、従来のゆらぎ対策では２０．１秒であるのに対して、本発明では８．５秒となり、従来のゆらぎ対策と比べ本発明では約５７．７％短くなることが分かる。また、平均化処理した値の収束が安定していることが分かる。そのため、本発明を用いることで、短い時間で高精度に半導体チップを位置決めできる。
【００３２】
（第２の実施形態）
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、エアーブローの配置を変更し、機能上必要な装置の構造体としての加熱フィンガーを壁として使用して光路上の気体を乱流状態にする点である。ここで、「機能上必要な装置の構造体」とは、本発明のマウント装置を用いて半導体チップを基材に貼り付けたりする場合に、そのような機能を発揮するのに必要な構造体をいう。以下に実施例を挙げて本実施形態をより具体的に説明する。
【実施例２】
【００３３】
図４は、本実施例に係るマウント装置の概略図であり、約１６０度に加熱された加熱フィンガー３０６に半導体チップ３０９を供給し吸着保持している状態を示す図である。加熱フィンガー３０６に吸着保持された半導体チップ３０９を、光学系３０１を通して撮像系３０２で撮像する。画像処理装置３０３で半導体チップ３０９の位置を算出し、制御装置３０４で目標位置とのずれ量を算出し、そのずれ量だけＸＹθ＆Ｚステージ３０５で半導体チップ３０９の位置補正を行う。補正後に再度、撮像系３０２で半導体チップ３０９の位置を画像認識する。かかる補正動作と位置の画像認識を繰り返し、位置のずれ量が許容範囲内になったら、ＸＹθ＆Ｚステージ３０５のＺ軸を動かし、半導体チップ３０９を熱硬化型接着剤３０８が塗布された基材３０７の上に貼り付ける。
【００３４】
本実施例では、ゆらぎ対策として、光学系３０１と半導体チップ３０９との間の光路（図中一点鎖線で示される）に向けてエアーを噴出する〈図中鎖線矢印で示される〉エアーブロー３１０が、ＸＹθ＆Ｚステージ３０５の正面に取り付けられた加熱フィンガー３０６の正面に対向するように配置してある。加熱フィンガー３０６の該正面の面積は、エアーブロー３１０の噴出し口の面積よりも大きいものとしてある。かかる構造により、エアーブロー３１０から噴出されるエアーを加熱フィンガー３０６の該正面に衝突、反射させ、光路上の気体を乱すことにより、光路上の気体を乱流状態にする。
【００３５】
本実施例では、加熱フィンガー３０６の正面に向けてエアーを噴出することで、別部材としての壁を用いることなく、光路上の気体を乱流状態にすることができる。光路上の気体を乱流状態にすることで、光路上の気体密度のゆっくりとした変化を低減することができ、それによって屈折率のゆっくりとした変化を低減することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０１  光学系
１０２  撮像系
１０３  画像処理装置
１０４  制御装置
１０５  ＸＹθ＆Ｚステージ
１０６  加熱フィンガー
１０７  基材
１０８  熱硬化性接着剤
１０９  半導体チップ
１１０  エアーブロー
１１１  壁
２０１  光学系
２０２  撮像系
２０３  画像処理装置
２０４  制御装置
２０５  ＸＹθ＆Ｚステージ
２０６  加熱フィンガー
２０７  基材
２０８  熱硬化性接着剤
２０９  半導体チップ
２１０  エアーブロー
３０１  光学系
３０２  撮像系
３０３  画像処理装置
３０４  制御装置
３０５  ＸＹθ＆Ｚステージ
３０６  加熱フィンガー
３０７  基材
３０８  熱硬化性接着剤
３０９  半導体チップ
３１０  エアーブロー
【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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