(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面側に位置合わせ用認識マークが付された第１の被接合物を、第１の被接合物の下方に配され第１の被接合物との位置合わせ用認識マークが付された第２の被接合物に対し位置合わせした後実装する方法であって、実装前に、第１の被接合物を透明なステージ上に移載し、前記第１の被接合物の上面側の認識マークと下面側に付された認識マークまたは第１の被接合物の外形シルエットとの相対位置関係を第１の被接合物の上下に配した認識手段により読み取って記憶し、実装のための位置合わせ時に、第１の被接合物と第２の被接合物との間に挿入された２視野の認識手段により、第１の被接合物の下面側認識マークまたは第１の被接合物の外形シルエットと、第２の被接合物の認識マークを読み取り、前記記憶されている相対位置関係に基づいて、第１の被接合物の上面側認識マークを基準に第２の被接合物の認識マークとの位置合わせを行うことを特徴とする実装方法。
【請求項２】
上下に配した認識手段により読み取り可能な基準マークを付した校正用被接合物を用いて、上下の認識手段間の相対位置関係を予めキャリブレーションする、請求項１の実装方法。
【請求項３】
前記相対位置関係を、第１の被接合物に対し赤外光を透過させることにより読み取る、請求項１の実装方法。
【請求項４】
前記相対位置関係の読み取りに際し、同軸光を用いて第１の被接合物の上面側認識マークを読み取り、斜光を用いて第１の被接合物の外形シルエットを読み取る、請求項１の実装方法。
【請求項５】
上面側に位置合わせ用認識マークが付された第１の被接合物を、第１の被接合物の下方に配され第１の被接合物との位置合わせ用認識マークが付された第２の被接合物に対し位置合わせした後実装する装置であって、実装前に、第１の被接合物を透明なステージ上に移載し、前記第１の被接合物の上面側の認識マークと下面側に付された認識マークまたは第１の被接合物の外形シルエットとの相対位置関係を読み取って記憶する手段と、実装のための位置合わせ時に、第１の被接合物と第２の被接合物との間に挿入される２視野の認識手段により、第１の被接合物の下面側認識マークまたは第１の被接合物の外形シルエットと、第２の被接合物の認識マークを読み取り、前記記憶されている相対位置関係に基づいて、第１の被接合物の上面側認識マークを基準に第２の被接合物の認識マークとの位置合わせを行う手段と、を有することを特徴とする実装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被接合物同士を接合する実装方法および実装装置に関し、とくに、上面側に位置合わせ用認識マークが付された第１の被接合物を、下方に配され第１の被接合物との位置合わせ用認識マークが付された第２の被接合物に対し位置合わせした後実装する実装方法および実装装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被接合物同士を接合するに際しては、例えば、チップを基板上に実装するに際しては、チップと基板を所定の関係に位置合わせした後に両者を接合する必要がある。この位置合わせは、通常、チップに付されている位置合わせ用の認識マークと、基板側に付されている位置合わせ用の認識マークとをカメラ等の認識手段によって読み取り、両マークの相対位置関係を所定の精度内に納めることにより行われている。
【０００３】
接合前に、例えば上方に配されるチップの認識マーク付与面と、下方に配される基板の認識マーク付与面とが対向される場合には、両者間に認識手段、たとえば２視野の認識手段を挿入し、上下の認識マークを読み取ってチップと基板の相対位置を合わせることが可能である。
【０００４】
ところが、チップの上面に位置合わせ用の認識マークが付されている場合や、チップ内部にアライメント基準が存在する場合（たとえば、アライメント基準として内部に存在する、光を発する活性層を備えた光素子の場合）、チップと基板の認識マークを、間に位置させた上記のような２視野の認識手段では読み取ることができなくなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、このような問題点に着目し、上面あるいは内部に位置合わせ用の認識マークあるいはアライメント基準（以下、総称して、単に「上面側認識マーク」ということもある）がある第１の被接合物の上面側認識マークを、下方の第２の被接合物の認識マークに精度良く位置合わせできるようにし、このような形態の第１の被接合物であっても高精度で実装することが可能な実装方法および実装装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る実装方法は、上面側に位置合わせ用認識マークが付された第１の被接合物を、第１の被接合物の下方に配され第１の被接合物との位置合わせ用認識マークが付された第２の被接合物に対し位置合わせした後実装する方法であって、実装前に、第１の被接合物を透明なステージ上に移載し、前記第１の被接合物の上面側の認識マークと下面側に付された認識マークまたは第１の被接合物の外形シルエットとの相対位置関係を第１の被接合物の上下に配した認識手段により読み取って記憶し、実装のための位置合わせ時に、第１の被接合物と第２の被接合物との間に挿入された２視野の認識手段により、第１の被接合物の下面側認識マークまたは第１の被接合物の外形シルエットと、第２の被接合物の認識マークを読み取り、前記記憶されている相対位置関係に基づいて、第１の被接合物の上面側認識マークを基準に第２の被接合物の認識マークとの位置合わせを行うことを特徴とする方法からなる。
【０００７】
上記において、位置合わせ用認識マークが付される第１の被接合物の「上面
側」とは、前述の如く、上面そのものに位置合わせ用認識マークが付される場合の他、第１の被接合物の内部に、位置合わせ用認識マークに相当するアライメント基準が設けられている場合を含む。たとえば、アライメント基準として、光素子等の内部に存在する、光を発する活性層を含む。
【０００８】
上記第１の被接合物は、例えばチップからなり、第２の被接合物は、例えば基板からなる。ただし、本発明においてチップとは、例えば、ＩＣチップ、半導体チップ、光素子、表面実装部品、ウエハーなど種類や大きさに関係なく基板と接合させる側の全ての形態を示す。また、本発明において基板とは、例えば、樹脂基板、ガラス基板、フィルム基板、チップ、ウエハーなど種類や大きさに関係なくチップと接合させる側の全ての形態を示す。
【０００９】
この実装方法においては、上記相対位置関係は、第１の被接合物の上下に配した認識手段により、実装前に事前に読み取る。このとき、上下に配した認識手段により読み取り可能な基準マークを付した校正用被接合物を用いて、上下の認識手段間の相対位置関係を予めキャリブレーションしておくことが好ましい。
【００１０】
また、上記相対位置関係は、第１の被接合物に対し赤外光を透過させることにより読み取ることもできる。
【００１１】
また、第１の被接合物の上面側認識マークと外形シルエットとの相対位置関係を読み取る場合には、たとえば、同軸光を用いて第１の被接合物の上面側認識マークを読み取り、斜光を用いて第１の被接合物の外形シルエットを読み取るようにすることができる。
【００１２】
このような実装方法を実施するための本発明に係る実装装置は、上面側に位置合わせ用認識マークが付された第１の被接合物を、第１の被接合物の下方に配され第１の被接合物との位置合わせ用認識マークが付された第２の被接合物に対し位置合わせした後実装する装置であって、実装前に、第１の被接合物を透明なステージ上に移載し、前記第１の被接合物の上面側の認識マークと下面側に付された認識マークまたは第１の被接合物の外形シルエットとの相対位置関係を第１の被接合物の上下に配した認識手段により読み取って記憶する手段と、実装のための位置合わせ時に、第１の被接合物と第２の被接合物との間に挿入される２視野の認識手段により、第１の被接合物の下面側認識マークまたは第１の被接合物の外形シルエットと、第２の被接合物の認識マークを読み取り、前記記憶されている相対位置関係に基づいて、第１の被接合物の上面側認識マークを基準に第２の被接合物の認識マークとの位置合わせを行う手段と、を有することを特徴とするものからなる。
【００１３】
上記のような本発明に係る実装方法および実装装置においては、第１の被接合物の上面側の認識マークと下面側に付された認識マークまたは第１の被接合物の外形シルエットとの相対位置関係が、事前に、つまり、実際の実装前に、読み取られて記憶され、実装のためのアライメント時には、第１の被接合物の下面側認識マークまたは第１の被接合物の外形シルエットと第２の被接合物の認識マークが読み取られ、記憶していた相対位置関係から、第１の被接合物の上面側認識マーク基準でアライメントが行われ、実質的に、第１の被接合物の上面側認識マークが第２の被接合物の認識マークに対して位置合わせされることになる。したがって、従来方法ではできなかった、第１の被接合物の上面側認識マーク基準でのアライメントが可能になり、高精度で実装することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る実装装置を示しており、本実施態様では、実装装置１は、上面に位置合わせ用の認識マーク４が付された第１の被接合物としてのチップ２を、下方に配されチップ２との位置合わせ用の認識マーク５が付された第２の被接合物としての基板３に実装する装置に構成されている。チップ２は、その上面側からツール６に吸着により保持される。吸着は、たとえば、ツール６内に設けられ、ツール６の下面に開口した吸引孔７を通しての空気吸引によって行われる。ただしこのチップの保持手段は、吸着保持手段だけでなく、静電気による静電保持手段、磁石や磁場などによる磁気保持手段、複数の可動ツメによってチップを挟む機械的手段、単数の可動ツメによってチップを押さえる手段など、どのような手段であってもよい。
【００１５】
基板３は、その下面側からステージ８に保持されている。このステージ８による基板３の保持手段としても、吸着保持手段、静電保持手段、磁気保持手段、複数の可動ツメあるいは単数の可動ツメによる機械的手段など、どのような手段であってもよい。ステージ８は、本実施態様では、水平方向（Ｘ、Ｙ方向）と回転方向（θ方向）に位置および姿勢制御できるようになっており、それに伴って、チップ２に対する基板３の相対位置が調整される。チップ２を保持しているツール６は、本実施態様では、上下方向（Ｚ方向）に移動制御できるようになっており、それに伴って、チップ２が基板３に対して加圧されるようになっている。また、加圧とともに、ツール６に内蔵されたヒータ（図示略）により加熱も行うことができるようになっている。
【００１６】
上記図１は、実装のためにチップ２と基板３のアライメント時の状態を示しており、両者の間に、本実施態様では２視野の認識手段９が挿入される。２視野の認識手段９は、その上方に位置するチップ２の下面の認識マーク１０またはチップ２の外形シルエットを読み取るとともに、下方に位置する基板３の認識マーク５を読み取る。そして、事前に（つまり、このアライメント前に）読み取られ記憶されていたチップ２の上面側認識マーク４と下面側認識マーク１０または外形シルエットとの相対位置関係に基づき、上面側認識マーク４を基準に、チップ２と基板３とのアライメントを行い、位置合わせされたチップ２を基板３に実装する。
【００１７】
上記の事前に記憶される相対位置関係は、以下のような各種方法によって読み取られる。
【００１８】
図２に示す方法では、事前に、チップトレイ１１上から実装すべきチップ２が、透明なステージ１２（たとえば、透明ガラス製のステージ）上に移載され、上マーク認識手段１３と下マーク認識手段１４により、チップ２の上面側認識マーク４と下面側認識マーク１０が読み取られ、両マークの相対位置関係が読み取られて記憶される。このとき、チップ２は、上面側から透明ツール（図示略）で保持されてもよい。
【００１９】
この両マークの相対位置関係の読み取りに際しては、前提として、両マーク認識手段１３、１４の相対位置精度が正確に把握されていることが必要になる。したがって、上下両マーク認識手段１３、１４の相対位置関係が予めキャリブレーションされていることが好ましい。この両マーク認識手段１３、１４間のキャリブレーションは、たとえば図２に示すように、透明ステージ１２上に付されたキャリブレーション用マーク１５を、両認識手段１３、１４で読み取り、両者間の位置ズレ量を入力してその分だけ後に補正することや、検出した位置ズレ量に応じてその位置ズレが無くなるように位置調整しておくことによって行うことができる。
【００２０】
上記例では、チップ２の上面側の認識マーク４と下面側の認識マーク１０間の相対位置関係を読み取るようにしたが、図３に示すように、チップ２の上面側認識マーク４と、チップ２の外形シルエット１６（つまり、チップ２の直背面側の陰としての外形シルエット）との相対位置関係、あるいは、図示は省略するが、チップ２の外形におけるコーナー部やエッジ部との相対位置関係を読み取ることもできる。とくにチップ２の外形シルエット１６との相対位置関係を読み取るとき、図４に示すように、外形シルエット１６を投影により読み取る場合には、たとえチップ２のエッジ面２ａが傾いている場合にあっても、上下からの投影外形形状（外形シルエット）は同じになる。したがって、たとえ、事前の上記相対位置関係把握時の外形シルエットの読み取り方向と、後の実装のためのアライメント時の外形シルエットの読み取り方向が逆転したとしても、同じ外形シルエットとして読み取ることが可能になる。
【００２１】
上記チップ２の外形シルエット１６の読み取りは、図５、図６に示すいずれの方法でも可能である。図５に示す方法では、光源１７からの光により投影された外形シルエット１６を認識手段１４によって読み取ることができる。図６に示す方法では、投影ではなく、たとえば透明ツール１８に保持されたチップ２の外形シルエット１６を、ツール１８の反射面１８ａを利用して読み取ることができる。
【００２２】
また、図７に示すように、たとえば”ゲルパック”（「ゲルパック」は商品名で、ゲルパック社（GEL-PAK L.L.C. (U.S.A.))が製造している”ゲルパック”チップ及びウエハキャリア（移動用無塵ケース）（"Gel-Pak" Chip/wafer Carrier & Shipping System) を指す）からなるチップトレイ１９上のチップ２に対し、認識手段２０からの同軸光２１によりチップ２の上面側認識マーク４を読み取るとともに、認識手段２０からの斜光２２を用いて外形シルエット（またはエッジの位置）を読み取ることも可能である。この場合、同じ認識手段２０により、同軸光２１と斜光２２を切り替えて、上面側認識マーク４と外形シルエットを読み取るようにすることも可能である。
【００２３】
さらに、図８に示すように、チップに対し赤外光を透過させることにより前記相対位置関係を読み取ることもできる。たとえば、ステージ２３上に保持されたチップ２の上方に赤外光の光源２４を配し、そこから照射された赤外光２５により、チップ２の上面側認識マーク４と下面側認識マーク１０をともに認識手段２６により読み取ることが可能である。またこの場合、チップ２の内部にアライメント基準がある場合、たとえば前述の光素子のような場合であっても、透過赤外光により、内部アライメント基準と下面側認識マーク１０との相対位置関係を読み取ることができる。とくにこの赤外透過光を用いる場合には、一台の認識手段２６でよい。なお、赤外光以外に、例えばＸ線、電磁波、音波などチップを通過し、チップに付された認識マークを認識できればどのようなものであってもよい。
【００２４】
またこの場合、赤外光にて上記認識マーク４または内部アライメント基準を読み取り、通常光（可視光）の投影、または下方からの光源により、下側認識マークまたは外形シルエットを読み取るようにすることもできる。さらに、赤外光カットフィルタ２７を出入可能に設ければ、同じ光源２４からの照射光を赤外光と通常光とに切り替えることが可能となり、通常光による投影により前述したような外形シルエットを読み取ることができる。
【００２５】
上記のように、本発明においては、事前にチップ２の上面側認識マーク４または内部アライメント基準と、下面側認識マーク１０または外形シルエット１６との相対位置関係が読み取られ、記憶されて、実装のためのアライメントに供される。したがって、この方法の一連の動作を図２に示した相対位置関係読み取り方法について示せば、図９のようになる。つまり、チップトレイ１１から透明ステージ１２に移されたチップ２が図２に示したように測定され、しかる後に、透明ステージ１２からツール６へと移動されてツール６に保持される。ツール６に保持されたチップ２は、図１に示したように、２視野の認識手段９によって、上方に位置するチップ２の下面側認識マーク１０またはチップ２の外形シルエットが読み取られるとともに、下方に位置する基板３の認識マーク５が読み取られる。そして、記憶されていたチップ２の上面側マーク４または内部アライメント基準と、下面側マーク１０または外形シルエットとの相対位置関係に基づいて、上面側マーク４または内部アライメント基準を基準として、それと基板３の認識マーク５とのアライメントが行われる。したがって、このアライメント時に直接上面側認識マーク４または内部アライメント基準を読み取らなくても、極めて高精度のアライメントが可能になり、アライメント後の高精度の実装が可能となる。
【００２６】
上記図９に示した例では、透明ステージ１２の始点をマーク認識手段１３、１４の軸間に設定したが、これに限らず、チップトレイ１１側に始点があってもよい。例えば図１０に示すように、チップトレイ１１からのチップ２を載せた透明ステージ１２が、チップトレイ１１側の始点からヘッド６下に移動するとき、マーク認識手段１３、１４間を通過する際に、瞬時にチップ２の下面側認識マーク１０またはチップ２の外形シルエットを認識することもできる。
【００２７】
また、図１１に示すように、実装のためのアライメント時においても、たとえば２視野の認識手段２８により、上方のチップ２の外形シルエット１６を、たとえば斜光２９を用いて読み取ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の実装方法および実装装置によれば、事前に、第１の被接合物の上面側認識マークと下面側認識マークまたは外形シルエットとの相対位置関係を読み取って記憶し、記憶した相対位置関係に基づいて、上面側認識マークを基準に第２の被接合物の認識マークとの位置合わせを行うようにしたので、実装のためのアライメント時には、上面側認識マークを直接読み取らないでも、両被接合物を高精度で接合できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る実装装置の概略構成図である。
【図２】事前に相対位置関係を求める手段の一例を示す概略構成図である。
【図３】第１の被接合物の外形シルエットの読み取り方法を示す概略構成図である。
【図４】図３の方法で第１の被接合物のエッジ面が傾いている場合の様子を示す概略構成図である。
【図５】外形シルエットを投影により読み取る方法の一例を示す概略構成図である。
【図６】外形シルエットを反射により読み取る方法の一例を示す概略構成図である。
【図７】同軸光と斜光を用いる方法の一例を示す概略構成図である。
【図８】赤外光を用いる方法の一例を示す概略構成図である。
【図９】本発明に係る方法の一例の全体を示す概略斜視図である。
【図１０】本発明に係る方法の別の例の全体を示す概略側面図である。
【図１１】実装のためのアライメント時に第１の被接合物の外形シルエットを読み取る様子を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  実装装置
２  第１の被接合物としてのチップ
２ａ  エッジ面
３  第２の被接合物としての基板
４  上面側認識マーク
５  基板の認識マーク
６  チップを保持するツール
７  吸引孔
８  基板用のステージ
９  ２視野の認識手段
１０  下面側認識マーク
１１  チップトレイ
１２  透明ステージ
１３  上マーク認識手段
１４  下マーク認識手段
１５  キャリブレーション用マーク
１６  外形シルエット
１７  光源
１８  透明ツール
１８ａ  反射面
１９  チップトレイ
２０  認識手段
２１  同軸光
２２  斜光
２３  ステージ
２４  赤外光の光源
２５  赤外光
２６  認識手段
２７  赤外光カットフィルタ
２８  ２視野の認識手段
２９  斜光
【図１】
0003948551.tif 000002
【図２】
0003948551.tif 000003
【図３】
0003948551.tif 000004
【図４】
0003948551.tif 000005
【図５】
0003948551.tif 000006
【図６】
0003948551.tif 000007
【図７】
0003948551.tif 000008
【図８】
0003948551.tif 000009
【図９】
0003948551.tif 000010
【図１０】
0003948551.tif 000011
【図１１】
0003948551.tif 000012