(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アライメントマークが設けられたヘッドと、上記アライメントマークを認識する第１の光学系認識手段と、ワークの姿勢を認識する第２の光学系認識手段と、第１の光学系認識手段と第２の光学系認識手段との認識結果からヘッドとワークの相対的位置ずれ量を演算する演算手段と、演算手段の結果に基づきヘッドとワークの各軸の駆動機構に移動を指令する制御手段とを有することを特徴とするボールマウント装置におけるヘッドとワークの位置決め装置。
【請求項２】
第１の光学系認識手段が、ワークの移動及び位置決めのためのステージに設けられたことを特徴とする請求項１記載のヘッドとワークの位置決め装置。
【請求項３】
ヘッドに設けられたアライメントマークを第１の光学系認識手段で認識し、ワークの姿勢を第２の光学系認識手段で認識し、第１の光学系認識手段と第２の光学系認識手段との認識結果から演算手段にてヘッドとワークの相対的位置ずれ量を演算し、演算手段の結果に基づき制御手段からヘッドとワークの各軸の駆動機構に移動を指令して、ヘッドとワークの位置決めを行うことを特徴とするボールマウント装置におけるヘッドとワークの位置決め方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエハや基板に半田ボールや半田バンプ等をマウントするボールマウント装置において利用されるヘッドとワークの位置決め装置及び位置決め方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半田ボールマウント装置では、マウントヘッドやフラックス転写ヘッドの姿勢を固定しておき、ワークの姿勢をヘッドの姿勢に合わせることにより、位置決めを行っていた。このため、ヘッド側には姿勢認識手段がなく、ワークの姿勢認識手段のみが存在していた。ところが、近年の微細ボール化と大量ボール一括搭載の流れにより、要求位置決め精度が飛躍的に上昇し、従来のような方法でヘッドとワークの位置を認識していたのではマウント品質が確保できなくなってきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決するため、ヘッド側にも位置決め用のアライメントマークを設け、ヘッドの姿勢とワークの姿勢の両方を認識して、両方の認識結果から位置決めを行うことにより、微細ボール化と大量ボール一括搭載の流れによる高い位置決め精度の要求にも応え得る位置決め装置及び位置決め方法を備えたボールマウント装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【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、アライメントマークが設けられたヘッドと、上記アライメントマークを認識する第１の光学系認識手段と、ワークの姿勢を認識する第２の光学系認識手段と、第１の光学系認識手段と第２の光学系認識手段との認識結果からヘッドとワークの相対的位置ずれ量を演算する演算手段と、演算手段の結果に基づきヘッドとワークの各軸の駆動機構に移動を指令する制御手段とを有することを特徴とするボールマウント装置におけるヘッドとワークの位置決め装置を提供するものである。
【０００５】
第２の発明は、第１の発明と、ほぼ同様のものであって、第１の光学系認識手段が、ワークの移動及び位置決めのためのステージに設けられたヘッドとワークの位置決め装置を提供する。
【０００６】
第３の発明は、ヘッドに設けられたアライメントマークを第１の光学系認識手段で認識し、ワークの姿勢を第２の光学系認識手段で認識し、第１の光学系認識手段と第２の光学系認識手段との認識結果から演算手段にてヘッドとワークの相対的位置ずれ量を演算し、演算手段の結果に基づき制御手段からヘッドとワークの各軸の駆動機構に移動を指令して、ヘッドとワークの位置決めを行うことを特徴とするボールマウント装置におけるヘッドとワークの位置決め方法を提供する。
【０００７】
【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、本発明が実施される半田ボールマウント装置の平面図である。該半田ボールマウント装置は、ウエハ供給部１と、フラックス転写部２と、ボールマウント部３と、ワーク駆動機構４とで構成される。
【０００８】
本実施例におけるワークはウエハであり、ウエハ供給部１は、供給用のウエハカセット５と、搬出用のウエハカセット６と、不良用のウエハカセット７との各ウエハカセットと、ウエハの搬送を行うクリーンルーム用スカラー型ロボット９と、ワーク駆動機構４上のウエハ位置決め位置８とでなる。
【０００９】
ウエハ位置決め位置８の上方には、図２に示されるように、本発明における第２の光学系認識手段となるＣＣＤカメラ３１が図面上前後に重なり合うように２台配置されており（図面上は前方の１台のみが表れている）、その下方には、ウエハ上に向いた照明器３２が配備されている。ＣＣＤカメラ３１は、ワーク駆動機構４上のウエハ位置決め位置８上方で、ワーク駆動機構４と平行な方向（Ｘ軸方向）にモータ３３により移動可能とされている。
【００１０】
ワーク駆動機構４には、ウエハステージ３０が設けられており、ウエハステージ３０を駆動させるＸ軸（図１中左右方向）とΘ軸（回転方向）の２軸の駆動機構が設けられる。Θ軸の駆動機構は、位置決めを主たる役割として採用された駆動機構であるが、Ｘ軸の駆動機構は、ワーク移動の役割と位置決めの役割を有する。
【００１１】
ウエハステージ３０は、Ｘ軸駆動機構により、ウエハ位置決め位置８と、フラックス転写位置１１と、ボールマウント位置２０の間を移動停止可能とされている。本発明におけるヘッドは、実施例ではフラックスの転写ヘッド１３と半田ボールのマウントヘッド２５とである。尚、ウエハステージ３０には転写ヘッド１３とマウントヘッド２５を観察するための２台のＣＣＤカメラ２３、２３′が配備されている。該ＣＣＤカメラ２３、２３′が、本発明における第１の光学系認識手段となる。
【００１２】
本実施例におけるボールマウント装置には、先のＣＣＤカメラ３１によるワークの姿勢とＣＣＤカメラ２３、２３′によるヘッドのアライメントマーク１７の認識結果から相対的位置ずれ量を演算する演算装置（図示されていない）と、演算装置の結果に基づきヘッドとワークの各軸（Ｙ軸、Ｘ軸、Θ軸）の駆動機構に移動若しくは回転を指令する制御装置（図示されていない）とが設けられている。
【００１３】
フラックス転写部２は、転写ヘッド１３及びその駆動機構と、フラックス供給装置１０と、ワーク駆動機構４上のフラックス転写位置１１とからなり、転写ヘッド１３の移動路に転写ヘッド１３のクリーニング部１２が設けられている。
【００１４】
図５に示されるように、転写ヘッド１３のヘッド下面４０には、ウエハの輪郭付近外側にあたる位置の４カ所にアライメントマーク（位置決め用マーク）１７が設けられている。アライメントマーク１７は、１０ミリメートル径の突起の中央に０．３ミリメートル径の凹部を設けて形成される。該突起はフラックス転写用突起１８と同等の材質及びプロセスで作られる。尚、アライメントマーク１７′は、転写ヘッド１３のヘッド下面４０のウエハの輪郭付近内側にあたる位置でフラックス転写用突起１８の存在しない部分に形成されても良い。
【００１５】
フラックス供給装置１０の転写ヘッド１３には、図３に示されるように、フラックス供給装置１０とワーク駆動機構４上のフラックス転写位置１１との間を往復するＹ軸と、Ｚ軸（昇降軸）の２軸の駆動機構が設けられている。図中３４は、転写ヘッド１３のＺ軸駆動モータであり、図中３４′は、Ｙ軸駆動モータである。ここにおけるＹ軸の駆動機構は、転写ヘッド１３の移動の役割とともに、転写ヘッド１３とワークの位置決めにおいても利用される。
【００１６】
フラックス供給装置１０には、平坦なフラックス均し部が設けられ、スキージ１５により一定厚さにフラックスを均すことができる。このフラックス均し部中には、転写ヘッド１３のフラックス転写領域に対応するフラックス供給部１６が形成される。
【００１７】
ボールマウント部３は、マウントヘッド２５及びその駆動機構と、ボール供給装置１９と、ワーク駆動機構４上のボールマウント位置２０と、その間に配置される余剰ボール除去装置２１と、ボール吸着ミス検査装置と、ボール吸着ミス検査装置で余剰ボールが検知されたときにマウントヘッド２５下に侵入するボール排出装置２４とで構成される。
【００１８】
図６及び図７に示されるように、マウントヘッド２５のヘッド下面４１には、吸着孔２６が存在しないウエハの輪郭付近外側にあたる位置の４カ所にアライメントマーク１７′が設けられている。アライメントマーク１７′は、０．３ミリメートル径の凹部で形成されている。尚、アライメントマーク１７′は、マウントヘッド２５のヘッド下面４１のウエハの輪郭付近内側にあたる位置で吸着孔２６が存在しない部分に形成されても良い。
【００１９】
ボール供給装置１９はパーツフィーダのような構成をしており、マウントヘッド２５に半田ボールを供給するボールトレイ２７には、バイブレータが取り付けられている。バイブレータの振動により半田ボールを斜め上方に跳ね上げ、上方からの観察では、半田ボールはボールトレイ２７内を廻るように移動する。
【００２０】
ボールトレイ２７の上方にはボールストッカ（図示されていない）からボールトレイ２７内に半田ボールを供給する供給口２８が進退自在に配置される。供給口２８の先端にはボールトレイ２７内のボール残量を検知するセンサ２９が取り付けられており、ボール残量不足を検知するとボールストッカより一定量の半田ボールを供給する。供給口２８は、マウントヘッド２５が半田ボールを吸着時には干渉を避けるためボールトレイ２７外へ待避する構造となっている。
【００２１】
余剰ボール除去装置２１は、マウントヘッド２５に吸着された余剰ボールを除去するための除去ノズルである。
【００２２】
マウントヘッド２５には、図４に示されるように、ボール供給装置１９とワーク駆動機構４上のボールマウント位置２０との間を往復するＹ軸と、Ｚ軸（昇降軸）の２軸の駆動機構が設けられる。図中３５はＺ軸駆動モータであり、図中３５′はＹ軸駆動モータである。ここにおけるＹ軸の駆動機構は、マウントヘッド２５の移動の役割とともに、マウントヘッド２５とワークの位置決めにおいても利用される。
【００２３】
ボール吸着ミス検査装置は、４台のラインＣＣＤカメラ２２、２２′によりミッシングボール、エキストラボール（余剰ボール）等の吸着ミスと、搭載ミスであるリメインボールとを検知する。
【００２４】
以下、本実施例に係る半田ボールマウント装置の作動手順について説明する。まず、供給用のウエハカセット５から１枚ずつロボット９でウエハをウエハ位置決め位置８にあるウエハステージ３０上に供給する。ウエハステージ３０では、ウエハが供給されると図示されていないブロアモータを通して、ウエハステージ３０上面の穴から真空吸引を開始し、ウエハを保持する。
【００２５】
保持されたウエハは、ウエハ位置決め位置８の上方に配置された２台の第２の光学系認識手段であるＣＣＤカメラ３１によりウエハ表面に形成された位置決めマーク又は回路パターンを抽出して認識する。ウエハのウエハステージ３０上の位置が認識されると、図示されていない演算装置へデータが送られる。ウエハの位置認識が終了したウエハステージ３０はフラックス転写位置１１へ送られる。このとき、ウエハ位置決め時に記憶したＸ軸のずれを加味した位置に停止する。
【００２６】
次に、フラックス供給装置１０では、スキージ１５によりフラックス表面を均し、転写ヘッド１３が下降し、転写ヘッド１３とフラックス供給部１６が接触し、所定圧力以上の負荷がかかった時点でフラックス供給の終了と判断し、転写ヘッド１３の下降を停止し、上昇する。
【００２７】
その後、フラックス転写位置１１へ移動し、ウエハステージ３０に設けられた２台の第１の光学系認識手段であるＣＣＤカメラ２３、２３′で転写ヘッド１３のヘッド下面４０のアライメントマーク１７を認識する。演算装置では、この認識結果に先に認識したウエハの位置データを加味し、両者の認識結果から相対的な位置ずれ量を演算する。
【００２８】
この演算結果を受け、制御装置は転写ヘッド１３の１軸（Ｙ軸）とウエハステージ３０の２軸（Ｘ軸、Θ軸）に対し、ウエハと転写ヘッド１３の位置を整合させる指令を出す。これに基づき、転写ヘッド１３のＹ軸、ウエハステージ３０のＸ軸及びΘ軸が作動し位置合わせを行う。
【００２９】
位置合わせ後、転写ヘッド１３を下降させ、転写ヘッド１３のＺ軸駆動モータ３４への負荷が一定値に達した時点で転写終了と判断し、転写ヘッド１３を上昇させる。上昇後、転写ヘッド１３はフラックス供給装置１０へ戻り、ウエハステージ３０はボールマウント位置２０へ移動する。
【００３０】
他方、マウントヘッド２５は、ボール供給装置１９の上方より下降して指定位置で停止し、マウントヘッド２５に図示されていないブロアモータより吸引力を与え、半田ボールをマウントヘッド２５下面の吸着孔２６に吸着させる。マウントヘッド２５内圧が所定圧力より低くなった時点で、吸着完了と判断し、マウントヘッド２５を上昇させる。その後余剰ボール除去装置２１で余剰ボールを除去して、ボール吸着ミス検査装置へ移動する。
【００３１】
ボール吸着ミスがあった場合、ミッシングボールなら再度ボール供給装置１９へ移動し、吸着動作を繰り返す。余剰ボールがあった場合には、ボール排出装置２４がマウントヘッド２５下へ侵入し、ボール排出装置２４内へ吸着ボールを全て排出した後、再度ボール供給装置１９へ移動し、吸着動作を繰り返す。
【００３２】
異常がなかった場合には、ボールマウント位置２０へ移動する。ボールマウント位置２０では、ウエハステージ３０に設けられた第１の光学系認識手段であるＣＣＤカメラ２３、２３′でマウントヘッド２５のヘッド下面４１のアライメントマーク１７′を認識する。演算装置では、この認識結果に先に認識したウエハの位置データを加味し、両者の認識結果から相対的な位置ずれ量を演算する。
【００３３】
この演算結果を受け、制御装置はマウントヘッド２５の１軸（Ｙ軸）とウエハステージ３０の２軸（Ｘ軸、Θ軸）に対し、ウエハとマウントヘッド２５の位置を整合させる指令を出す。これに基づき、マウントヘッド２５のＹ軸、ウエハステージ３０のＸ軸及びΘ軸が作動し位置決めを行う。位置決め後マウントヘッド２５は下降し、ボールマウント位置２０のウエハ上に半田ボールをマウントして、その後上昇する。
【００３４】
半田ボールのマウントが終了したウエハステージ３０はウエハ位置決め位置８へ戻るが、事前にボールマウント検査位置へ移動させたＣＣＤカメラ３１により、ウエハ上の半田ボールのマウント状況を検査する。ＣＣＤカメラ３１は、第２の光学系認識手段としてワークの姿勢を認識することを主たる目的とするが、実施例では、同時に、ウエハ上の半田ボールのマウント状況の検査の役割をも有する。
【００３５】
マウント状況の検査に際して、ＣＣＤカメラ３１は停止しており、ウエハステージ３０の移動によりＣＣＤカメラ３１で全面をスキャニングする形となる。検査の結果、マウントが良好ならば搬出用のウエハカセット６へ、マウントが不良ならば不良用のウエハカセット７へ、ロボット９により挿入する。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、アライメントマークが設けられたヘッドと、アライメントマークを認識する第１の光学系認識手段と、ワークの姿勢を認識する第２の光学系認識手段と、両認識手段の認識結果からヘッドとワークの相対的位置ずれ量を演算する演算手段と、演算手段の結果に基づきヘッドとワークの各軸の駆動機構に移動を指令する制御手段とを有するヘッドとワークの位置決め装置及び位置決め方法であるため、微細ボール化と大量ボール一括搭載の流れによる高い位置決め精度の要求にも応え得るものとなった。
【００３７】
請求項２記載の発明の効果ではあるが、第１の光学系認識手段を、ワークの移動及び位置決めのためのステージに設けることにより、ワークの駆動機構を利用して、ヘッドのアライメントマークを認識できるので、少ない駆動機構により、転写ヘッドやマウントヘッドの認識ができ、ボールマウント装置全体の小型化を図ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】半田ボールマウント装置の平面図
【図２】ウエハ位置決め位置での検査用ＣＣＤカメラを示す説明図
【図３】フラックス転写部の側面図
【図４】ボールマウント部の側面図
【図５】転写ヘッド下面を示す断面説明図
【図６】マウントヘッド下面を示す断面説明図
【図７】マウントヘッド下面のアライメントマークを示す説明図
【符号の説明】
１．．．．．．．．ウエハ供給部
２．．．．．．．．フラックス転写部
３．．．．．．．．ボールマウント部
４．．．．．．．．ワーク駆動機構
５、６、７．．．．ウエハカセット
８．．．．．．．．ウエハ位置決め位置
９．．．．．．．．ロボット
１０．．．．．．．フラックス供給装置
１１．．．．．．．フラックス転写位置
１２．．．．．．．クリーニング部
１３．．．．．．．転写ヘッド
１５．．．．．．．スキージ
１６．．．．．．．フラックス供給部
１７、１７′．．．アライメントマーク
１８．．．．．．．転写用突起
１９．．．．．．．ボール供給装置
２０．．．．．．．ボールマウント位置
２１．．．．．．．余剰ボール除去装置
２２、２２′、２３、２３′、３１．．．ＣＣＤカメラ
２４．．．．．．．ボール排出装置
２５．．．．．．．マウントヘッド
２６．．．．．．．吸着孔
２７．．．．．．．ボールトレイ
２８．．．．．．．供給口
２９．．．．．．．センサ
３０．．．．．．．ウエハステージ
３２．．．．．．．照明器
３３、３４、３４′、３５、３５′．．．モータ
４０、４１．．．．ヘッド下面
【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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【図６】
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【図７】
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