チップ実装装置およびチップ実装装置における平行度調整方法

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【発明の名称】	チップ実装装置およびチップ実装装置における平行度調整方法
【発明者】	【氏名】新井義之【氏名】山内朗【氏名】木下義浩
【要約】	【課題】複数のチップを基板にマルチポジションで実装する、あるいは、ヘッドを自動交換する機能を備えているチップ実装装置を使用する場合、各実装位置毎にあるいは各ヘッド毎に精度良く平行度を自動調整できる、および、接触型検出手段による場合の不都合を生じさせることなく、かつ、従来法に比べ測定、調整精度を大幅に向上できるチップ実装装置における平行度調整方法を提供する。【解決手段】ヘッドに保持されているチップと、基板保持ステージに保持されている基板との平行度を調整する方法であって、チップ又はヘッドと、基板又は基板保持ステージとの間の平行度を、チップ又はヘッドと基板又は基板保持ステージとの複数の対応位置毎に、あるいは、ヘッドが自動交換される場合の、ヘッド毎に測定し、測定された平行度を目標精度範囲内に納めるための平行度補正量を演算し、演算された平行度補正量に基づいて平行度を補正する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】ヘッドに保持されているチップを、前記ヘッドの下方に配されている基板保持ステージに保持されている基板に、ヘッドを下降させることにより接合するチップ実装装置における、前記チップと前記基板との平行度を調整する方法であって、水平方向における、前記チップ又はヘッドと、前記基板又は基板保持ステージとの間の複数の対応位置毎にチップ又はヘッドと基板又は基板保持ステージとの間の平行度を測定するとともに、各対応位置毎に、測定された平行度を目標精度範囲内に納めるための平行度補正量を演算し、演算された平行度補正量に基づいて平行度を補正することを特徴とする、チップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項２】前記演算された平行度補正量を記憶し、後続の基板へのチップ実装工程においては、前記平行度の測定を行うことなく、前記記憶された平行度補正量に基づいて、前記各対応位置毎に平行度の補正を行う、請求項１のチップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項３】ヘッドの自動交換機能を有し、ヘッドに保持されているチップを、前記ヘッドの下方に配されている基板保持ステージに保持されている基板に、ヘッドを下降させることにより接合するチップ実装装置における、前記チップと前記基板との平行度を調整する方法であって、交換されるヘッド毎に、チップ又はヘッドと基板又は基板保持ステージとの間の平行度を測定するとともに、測定された平行度を目標精度範囲内に納めるための平行度補正量を演算し、前記演算された平行度補正量に基づいて、各ヘッド毎に平行度を補正することを特徴とする、チップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項４】前記演算された平行度補正量を記憶し、後続の基板へのチップ実装工程においては、前記平行度の測定を行うことなく、前記記憶された平行度補正量に基づいて、各ヘッド毎に平行度の補正を行う、請求項３のチップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項５】前記平行度補正量に基づいて、前記基板保持ステージおよびヘッドの少なくとも一方を、水平方向における二軸周りに回動制御することにより平行度の補正を行う、請求項１～４のいずれかに記載のチップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項６】ヘッドに保持されているチップを、前記ヘッドの下方に配されている基板保持ステージに保持されている基板に、ヘッドを下降させることにより接合するチップ実装装置における、前記チップと前記基板との平行度を調整する方法であって、前記チップ又はヘッドと、前記基板又は基板保持ステージとに、それぞれ、互いに対応する少なくとも３点の認識マークを付し、前記チップ又はヘッドと、前記基板又は基板保持ステージとの間に、オートフォーカス機能付き２視野の認識手段を挿入し、該２視野の認識手段のオートフォーカス機能により、前記チップ又はヘッドに付された各認識マークまでの距離および前記基板又は基板保持ステージに付された各認識マークまでの距離を測定し、対応する認識マークまでの各測定距離から、チップ又はヘッドと基板又は基板保持ステージとの間の平行度を算出するとともに、算出された平行度を目標精度範囲内に納めるための平行度補正量を演算し、演算された平行度補正量に基づいて平行度を補正することを特徴とする、チップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項７】ヘッドに保持されているチップを、前記ヘッドの下方に配されている基板保持ステージに保持されている基板に、ヘッドを下降させることにより接合するチップ実装装置における、前記チップと前記基板との平行度を調整する方法であって、前記チップ又はヘッドと、前記基板又は基板保持ステージとに、それぞれ、互いに対応する少なくとも３点の認識マークを付し、前記チップ又はヘッドと、前記基板保持ステージの基板保持面の下方に、オートフォーカス機能付き１視野の認識手段を挿入し、該１視野の認識手段のオートフォーカス機能により、前記基板又は基板保持ステージに付された各認識マークまでの距離および前記チップ又はヘッドに付された各認識マークまでの距離を測定し、対応する認識マークまでの各測定距離から、基板又は基板保持ステージとチップ又はヘッドとの間の平行度を算出するとともに、算出された平行度を目標精度範囲内に納めるための平行度補正量を演算し、演算された平行度補正量に基づいて平行度を補正することを特徴とする、チップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項８】前記演算された平行度の算出および平行度補正量の演算を、水平方向における、前記チップ又はヘッドと、前記基板又は基板保持ステージとの間の複数の対応位置毎に行い、各対応位置毎に、演算された平行度補正量に基づいて平行度を補正する、請求項６または７のチップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項９】前記演算された平行度補正量を記憶し、後続の基板へのチップ実装工程においては、前記平行度の算出を行うことなく、前記記憶された平行度補正量に基づいて、前記各対応位置毎に平行度の補正を行う、請求項８のチップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項１０】チップ実装装置がヘッドの自動交換機能を有しており、前記平行度の算出と平行度補正量の演算を交換されるヘッド毎に行い、各ヘッド毎に、演算された平行度補正量に基づいて平行度を補正する、請求項６または７のチップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項１１】前記演算された平行度補正量を記憶し、後続の基板へのチップ実装工程においては、前記平行度の算出を行うことなく、前記記憶された平行度補正量に基づいて、各ヘッド毎に平行度の補正を行う、請求項１０のチップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項１２】前記平行度補正量に基づいて、前記基板保持ステージおよびヘッドの少なくとも一方を、水平方向における二軸周りに回動制御することにより平行度の補正を行う、請求項６～１１のいずれかに記載のチップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項１３】前記認識手段により検出される認識マークとして、位置決め用のマークに比べて高精度検出が可能な認識マークを付す、請求項６～１２のいずれかに記載のチップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項１４】前記認識マークとして、前記認識手段による検出エッジ長が、単一図形マークの場合に比べて増大されているマークを付す、請求項１３のチップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項１５】校正用チップおよび／又は校正用基板を用いて平行度の測定を行い、前記平行度補正量を演算、記憶した後に、チップと基板との接合工程を開始する、請求項１～１４のいずれかに記載のチップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項１６】ヘッドに保持されているチップを、前記ヘッドの下方に配されている基板保持ステージに保持されている基板に、ヘッドを下降させることにより接合するチップ実装装置において、水平方向における、前記チップ又はヘッドと、前記基板又は基板保持ステージとの間の複数の対応位置毎に、チップ又はヘッドと基板又は基板保持ステージとの間の平行度を調整する手段を有することを特徴とするチップ実装装置。
【請求項１７】前記各対応位置毎に、チップ又はヘッドと基板又は基板保持ステージとの間の平行度を自動測定する手段と、測定された平行度を目標精度範囲内に納めるための平行度補正量を演算する手段を有する、請求項１６のチップ実装装置。
【請求項１８】ヘッドの自動交換機能を有し、ヘッドに保持されているチップを、前記ヘッドの下方に配されている基板保持ステージに保持されている基板に、ヘッドを下降させることにより接合するチップ実装装置において、交換されるヘッド毎に、チップ又はヘッドと基板又は基板保持ステージとの間の平行度を調整する手段を有することを特徴とするチップ実装装置。
【請求項１９】交換されるヘッド毎に、チップ又はヘッドと基板又は基板保持ステージとの間の平行度を自動測定する手段と、測定された平行度を目標精度範囲内に納めるための平行度補正量を演算する手段を有する、請求項１８のチップ実装装置。
【請求項２０】前記平行度補正量に基づいて、前記基板保持ステージおよびヘッドの少なくとも一方を、水平方向における二軸周りに回動制御することにより平行度の補正を行う、請求項１７または１９のチップ実装装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、チップ実装装置およびチップ実装装置における平行度調整方法に関し、とくに、チップを基板に実装するに際し、チップと基板間の平行度を、とくに基板に対するチップ実装位置毎に、あるいは、交換されたヘッド毎に、精度良く調整できるようにした装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】回路基板や液晶基板にチップをボンディングするチップ実装装置は既に広く実施されているが、チップ実装の際、たとえばミクロン単位の精度が要求され、かつ、その精度に対する要求は益々高くなりつつある。そのため、ヘッドと基板保持ステージ、ひいては、ヘッドに保持されるチップと基板保持ステージに保持される基板との間の平行度は、極めて高精度に調整されなければならない。
【０００３】従来、手作業により、ヘッドと基板保持ステージとの間に感圧紙を圧接して平行度の測定または確認を行っていたが、労力を要するとともに測定、調整にばらつきが生じるため、また、感圧紙（登録商標）による加圧範囲に制限があるため、調整精度に限界があるとともに調整に時間を要するという問題があった。
【０００４】このような問題に対し、先に本出願人により、基板保持ステージに対するヘッドの平行度を、圧力量に対応した電流の変化を検出し得る平面センサーを用いて測定し、平行度の調整を自動化できるようにした方法が提案されている（特開平１０－３２１６７４号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方法により、平行度の調整を自動化できるようになったものの、現状、さらに高精度の調整が要求されつつある。また、上記方法では、平行度測定のための平面センサーが、基板保持ステージとヘッドに接触し両者間に挟まれるため、その挟圧による平行度の狂いの発生、挟圧時に各部に傷つきなどが発生するおそれがある。また、従来の方法では、感圧紙や平面センサーをヘッドと基板間に手挿入するため、生産中に平行度を自動測定することはできなかった。そのため、測定により、生産性を低下させることとなっていた。
【０００６】また、上記方法においては、あるいはその他の従来法においても、平行度の調整は、ヘッドあるいはそれに保持されるチップと、基板保持ステージあるいはそれに保持される基板との間の、それぞれ単体同士の平行度を測定するのみであった。そのため、ある基板に対し、マルチポジションにて複数のチップを打つ場合、それぞれのチップを打つ位置における各平行度までは注目されていなかった。実際には、各位置毎に微妙に平行度が変化するので、それに応じた調整ができれば、実際に接合されるときのチップと基板との間の平行度は大幅に高精度化されることになるが、従来法はこのような調整には対応されていなかった。
【０００７】また、条件に応じてヘッドを自動交換あるいは変更する場合にも次のような問題がある。すなわち、ヘッドが交換されれば、基板保持ステージとの間の平行度も変化することになるので、これに対応するためには、従来法では交換毎に平行度の測定、調整が必要になるが、測定、調整は通常ある期間毎に定期的にあるいはある期間をおいて不定期に行われているので、上記のような頻繁な測定、調整を自動で行うのは現実的には不可能であった。
【０００８】そこで本発明の第１の課題は、複数のチップを基板にマルチポジションで実装する場合、あるいは、ヘッドを自動交換する機能を備えているチップ実装装置を使用する場合、各実装位置毎にあるいは各ヘッド毎に、精度良く平行度を自動調整できるようにしたチップ実装装置における平行度調整方法を提供することにある。
【０００９】また、本発明の第２の課題は、平行度の調整において、非接触型の検出手段を用いることにより接触型検出手段による場合の不都合を生じさせることなく、かつ、従来法に比べ測定、調整精度を大幅に向上し得るチップ実装装置における平行度調整方法を提供することにある。
【００１０】さらに、本発明の第３の課題は、上記マルチポジションへの対応手法やヘッドの自動交換への対応手法と、上記測定、調整精度の向上手法とを組み合わせ、個々の実装条件や位置に対応して高精度で平行度を自動調整できる、チップ実装装置における平行度調整方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記第１の課題を解決するために、本発明に係るチップ実装装置における平行度調整方法は、ヘッドに保持されているチップを、前記ヘッドの下方に配されている基板保持ステージに保持されている基板に、ヘッドを下降させることにより接合するチップ実装装置における、前記チップと前記基板との平行度を調整する方法であって、水平方向における、前記チップ又はヘッドと、前記基板又は基板保持ステージとの間の複数の対応位置毎に、チップ又はヘッドと基板又は基板保持ステージとの間の平行度を測定するとともに、各対応位置毎に、測定された平行度を目標精度範囲内に納めるための平行度補正量を演算し、演算された平行度補正量に基づいて平行度を補正することを特徴とする方法からなる。つまり、ある基板に対し、複数のチップをマルチポジションで打つ場合に、各対応位置毎の平行度の調整を可能にしたものである。この方法においては、演算された平行度補正量を記憶し、後続の基板へのチップ実装工程においては、上記平行度の測定を行うことなく、記憶された平行度補正量に基づいて、上記各対応位置毎に平行度の補正を行うことができる。平行度の測定や、それに基づく平行度補正量の演算は、長期間の間隔にて行えばよい。なお、本発明において、チップは、例えばＩＣチップ、半導体チップ、光素子、ウエハーなどの基板と接合させる全ての形態のものを含む。また、基板は、例えば樹脂基板、ガラス基板、フイルム基板、チップ、ウエハーなどチップと接合される対象物の全ての形態のものを含む。
【００１２】また、本発明に係るチップ実装装置における平行度調整方法は、ヘッドの自動交換機能を有し、ヘッドに保持されているチップを、前記ヘッドの下方に配されている基板保持ステージに保持されている基板に、ヘッドを下降させることにより接合するチップ実装装置における、前記チップと前記基板との平行度を調整する方法であって、交換されるヘッド毎に、チップ又はヘッドと基板又は基板保持ステージとの間の平行度を測定するとともに、測定された平行度を目標精度範囲内に納めるための平行度補正量を演算し、演算された平行度補正量に基づいて、各ヘッド毎に平行度を補正することを特徴とする方法からなる。つまり、ヘッドの自動交換機能を有する場合に、各ヘッド毎の平行度の調整を可能にしたものである。この方法においては、演算された平行度補正量を記憶し、後続の基板へのチップ実装工程においては、上記平行度の測定を行うことなく、上記記憶された平行度補正量に基づいて、各ヘッド毎に平行度の補正を行うことができる。この方法においても、平行度の測定や、それに基づく平行度補正量の演算は、長期間の間隔にて行えばよい。
【００１３】上記のようなチップ実装装置における平行度調整方法においては、上記平行度補正量に基づいて、基板保持ステージおよびヘッドの少なくとも一方を、水平方向における互いに直交する二軸周りに回動制御することにより平行度の補正を行うことができる。現実的には、後述の実施態様に示す如く、ヘッド側を、たとえばα、βの二軸周り方向に回動させ、それによって平行度を自動で微調整すればよい。
【００１４】また、前記第２の課題を解決するために、本発明に係るチップ実装装置における平行度調整方法は、ヘッドに保持されているチップを、前記ヘッドの下方に配されている基板保持ステージに保持されている基板に、ヘッドを下降させることにより接合するチップ実装装置における、前記チップと前記基板との平行度を調整する方法であって、前記チップ又はヘッドと、前記基板又は基板保持ステージとに、それぞれ、互いに対応する少なくとも３点の認識マークを付し、前記チップ又はヘッドと、前記基板又は基板保持ステージとの間に、オートフォーカス機能付き２視野の認識手段を挿入し、該２視野の認識手段のオートフォーカス機能により、前記チップ又はヘッドに付された各認識マークまでの距離および前記基板又は基板保持ステージに付された各認識マークまでの距離を測定し、対応する認識マークまでの各測定距離から、チップ又はヘッドと基板又は基板保持ステージとの間の平行度を算出するとともに、算出された平行度を目標精度範囲内に納めるための平行度補正量を演算し、演算された平行度補正量に基づいて平行度を補正することを特徴とする方法からなる。つまり、２視野の認識手段を用いて非接触にて平行度を測定、算出し、その際に２視野の認識手段のオートフォーカス機能により極めて高精度の検出が可能になる。
【００１５】また、本発明においては、１視野の認識手段を用いることもできる。すなわち、本発明に係るチップ実装装置における平行度調整方法は、ヘッドに保持されているチップを、前記ヘッドの下方に配されている基板保持ステージに保持されている基板に、ヘッドを下降させることにより接合するチップ実装装置における、前記チップと前記基板との平行度を調整する方法であって、前記チップ又はヘッドと、前記基板又は基板保持ステージとに、それぞれ、互いに対応する少なくとも３点の認識マークを付し、前記チップ又はヘッドと、前記基板保持ステージの基板保持面の下方に、オートフォーカス機能付き１視野の認識手段を挿入し、該１視野の認識手段のオートフォーカス機能により、前記基板又は基板保持ステージに付された各認識マークまでの距離および前記チップ又はヘッドに付された各認識マークまでの距離を測定し、対応する認識マークまでの各測定距離から、基板又は基板保持ステージとチップ又はヘッドとの間の平行度を算出するとともに、算出された平行度を目標精度範囲内に納めるための平行度補正量を演算し、演算された平行度補正量に基づいて平行度を補正することを特徴とする方法からなる。つまり、１視野の認識手段を用いて非接触にて、基板保持ステージの基板保持面の下方から、前記基板又は基板保持ステージに付された各認識マークまでの距離とともに、前記チップ又はヘッドに付された各認識マークまでの距離も測定して平行度を測定、算出し、その際に１視野の認識手段のオートフォーカス機能により極めて高精度の検出が可能になる。
【００１６】上記のような２視野または１視野の認識手段を用いた方法において、検出の精度をさらに高めるためには、認識マークとして、通常の位置決め用のマークに比べて高精度検出が可能な認識マークを付すことが好ましく、たとえば前記認識手段による検出エッジ長が、単一図形マークの場合に比べて増大されているマークを付すことが好ましい。このような認識マークとして、たとえば格子状のマークやストライプ状のマーク、あるいは、多数の孔をあけてマークを形成したものを用いることができる。なお、本発明において、１視野または２視野の認識手段は、例えばＣＣＤカメラ、赤外カメラ、Ｘ線カメラおよびセンサーなど認識マークを認識する全ての手段を含む。
【００１７】さらに、前記第３の課題を解決するために、本発明に係るチップ実装装置における平行度調整方法は、上述の方法と前述の方法を組み合わせたものからなり、上述の認識マーク、オートフォーカス機能付き認識手段を用いた方法において、（１）上記演算された平行度の算出および平行度補正量の演算を、水平方向における、前記チップ又はヘッドと、前記基板又は基板保持ステージとの間の複数の対応位置毎に行い、各対応位置毎に、演算された平行度補正量に基づいて平行度を補正する方法、あるいは、（２）チップ実装装置がヘッドの自動交換機能を有しており、前記平行度の算出と平行度補正量の演算を交換されるヘッド毎に行い、各ヘッド毎に、演算された平行度補正量に基づいて平行度を補正する方法からなる。これら（１）、（２）の方法においては、上記演算された平行度補正量を記憶し、後続の基板へのチップ実装工程においては、前記平行度の算出を行うことなく、前記記憶された平行度補正量に基づいて、前記各対応位置毎に平行度の補正を行う、あるいは各ヘッド毎に平行度の補正を行うことができる。
【００１８】これらの方法においても、上記平行度補正量に基づいて、基板保持ステージおよびヘッドの少なくとも一方を、水平方向における互いに直交する二軸周りに回動制御することにより平行度の補正を行うことができ、後述の実施態様に示す如く、ヘッド側を、たとえばα、βの二軸周り方向に回動させ、それによって平行度を自動で微調整することができる。
【００１９】上述のいずれの方法においても、平行度の測定は、ヘッドと基板保持ステージとの間で行ってもよく、ヘッドに保持されたチップと基板保持ステージに保持された基板との間で行ってもよい。また、実際のチップや基板を用いることなく、校正用チップおよび／又は校正用基板を用いて平行度の測定を行い、前記平行度補正量を演算、記憶した後に、実際のチップと基板との接合工程を開始するようにすることもできる。
【００２０】また、本発明に係るチップ実装装置は、ヘッドに保持されているチップを、前記ヘッドの下方に配されている基板保持ステージに保持されている基板に、ヘッドを下降させることにより接合するチップ実装装置において、水平方向における、前記チップ又はヘッドと、前記基板又は基板保持ステージとの間の複数の対応位置毎に、チップ又はヘッドと基板又は基板保持ステージとの間の平行度を調整する手段を有することを特徴とするものからなる。つまり、チップ実装位置毎に平行度を調整できるようにし、とくにマルチポジションでの実装に対応できるようにしたものである。
【００２１】この装置においては、上記各対応位置毎に、チップ又はヘッドと基板又は基板保持ステージとの間の平行度を自動測定する手段と、測定された平行度を目標精度範囲内に納めるための平行度補正量を演算する手段を有することが好ましく、この演算された平行度補正量に基づいて、平行度が自動補正されることが好ましい。
【００２２】さらに、本発明に係るチップ実装装置は、ヘッドの自動交換機能を有し、ヘッドに保持されているチップを、前記ヘッドの下方に配されている基板保持ステージに保持されている基板に、ヘッドを下降させることにより接合するチップ実装装置において、交換されるヘッド毎に、チップ又はヘッドと基板又は基板保持ステージとの間の平行度を調整する手段を有することを特徴とするものからなる。つまり、交換されるヘッド毎に平行度を調整できるようにし、とくにヘッドの自動交換に対応できるようにしたものである。
【００２３】この装置においては、上記交換されるヘッド毎に、チップ又はヘッドと基板又は基板保持ステージとの間の平行度を自動測定する手段と、測定された平行度を目標精度範囲内に納めるための平行度補正量を演算する手段を有することが好ましく、この演算された平行度補正量に基づいて、平行度が自動補正されることが好ましい。
【００２４】これらの装置においても、上記平行度補正量に基づいて、基板保持ステージおよびヘッドの少なくとも一方を、水平方向における互いに直交する二軸周りに回動制御することにより平行度の補正を行うことができる。
【００２５】
【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。
【００２６】図１ないし図４は、本発明の一実施態様に係る平行度調整方法を実施するためのチップ実装装置を示している。図１および図２において、チップ実装装置１は、チップ２を吸着等により保持するヘッド３と、回路基板や液晶基板等からなる基板４を保持する基板保持ステージ５を有している。ヘッド３は、ブロック６と、その下端に設けられたツール７と、ブロック６を支持し、装置フレームに対し上下方向（Ｚ方向）に昇降される昇降テーブル８とを備えており、下降されることにより、チップ２を基板保持ステージ５上の基板４上に実装する。ツール７には、チップ２を基板４に接合する際に加熱できるよう、セラミックヒータ等の加熱ヒータ（図示略）を埋設しておくことができる。ただし、ツールとしては、ヒータを備えている形態であってもなくてもよい。このヘッド３、とくにそのブロック６下端に設けられたツール７の下面あるいはそこに保持されたチップ２の下面は、たとえば後述のような機構により、二軸周り方向に、たとえば図１に示すように、互いに直交する二軸周り方向（α、β方向）に回動できるようになっており、それによって平行度を調整できるようになっている。
【００２７】基板保持ステージ５は、本実施態様では、水平面内で回動制御され、回動方向の角度θを制御する回転テーブル９上に設置されており、回転テーブル９は、水平面内でＹ方向に位置制御されるテーブル１０およびＸ方向に位置制御されるテーブル１１からなる平行移動制御機構１２上に設置されている。回転テーブル９と平行移動制御機構１２により、基板保持ステージ５の水平位置および回転位置がＸ、Ｙ、θ方向に制御される。これら平行度調整のための制御は、数値制御化されており、指令された目標とする数値に対応する位置や角度になるように、自動制御される。目標とする数値は、後述の平行度測定機能により測定された平行度に対し、望ましい補正が加えられた値として演算される。
【００２８】ヘッド３と基板保持ステージ５との間には、本実施態様では、上下２方向に視野を有する２視野の認識手段１３が、出没可能に設けられている。この２視野の認識手段１３は、いわゆるオートフォーカス機能付きの２視野の認識手段からなる。オートフォーカス機能付き２視野の認識手段１３は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に位置制御可能に設けられており、ヘッド３又はチップ２に付された少なくとも３点（本実施態様では４点）の認識マーク１４と、基板保持ステージ５又は基板４に付された少なくとも３点（本実施態様では４点）の認識マーク１５を、それぞれ検知する。本実施態様では、認識マーク１４はチップ２に、認識マーク１５は基板４に付されているが、ヘッド３や基板保持ステージ５に付すこともでき、さらには、平行度調整用の校正用チップや校正用基板（図示略）を用い、それらに付すこともできる。このオートフォーカス機能付き２視野の認識手段１３により、後述の如く各認識マーク１４、１５までの基準位置に対する距離がオートフォーカス機能を用いて測定され、それに基づいて、ヘッド３又はチップ２と基板保持ステージ５又は基板４との間の平行度が測定される。測定された平行度に基づいて、それを目標精度範囲内に納めるための平行度補正量が演算され、演算された平行度補正量に基づいて平行度が補正される。なお、実装するチップ及び／または基板において、サイズが小さいために認識マークを付けることができない場合には、例えば校正板（ガラス、シリコン、セラミックなど周囲環境の影響を限りなく受けにくい材質からなるもの）に認識マークを設け、ダミーを使用して平行度を出す形態であってもよい。また、ヘッドに保持されたチップまたは校正板と基板保持ステージに保持された基板または校正板の組合せはどのような形態であってもよい。
【００２９】上記図１は、主として前述の第２の課題、つまり、平行度の調整において、非接触型の検出手段を用いることにより接触型検出手段による場合の不都合を生じさせることなく、かつ、従来法に比べ測定、調整精度を大幅に向上し得るチップ実装装置における平行度調整方法を提供すること、および、前述の第１の課題における、ヘッド自動交換の際のヘッド毎の高精度の平行度調整を達成するための図として示したので、基板４上に４点の認識マーク１５のみ図示してあり、図２のチップ２上には、それらに対応する４点の認識マーク１４のみ図示してある。前述の第１の課題における、マルチポジション対応の場合のチップと基板との各対応位置毎の高精度の平行度調整を達成するには、たとえば図５に示すように、基板２１又は基板保持ステージ上に、各チップの接合位置毎に、４点ずつの認識マーク２２を付しておくことができる。この場合、各チップと各認識マーク２２との対応位置は、基板保持ステージ５側をＸ、Ｙ、θ方向に平行移動および回転制御することによって制御でき、各対応位置における平行度の補正は、ヘッド３側を前記α、β方向に調整することによって行うことができる。ただし、ヘッド３側による平行移動および回転制御も可能であり、基板保持ステージ５側による平行度補正も可能である。
【００３０】本実施態様では、ヘッド３側においてα、β方向の調整が行われ、平行度が補正される。この平行度補正のための機械的なα、β方向調整機構は、本実施態様では図３、図４に示すように構成されている。図３は、図１におけるヘッド３部分の横断面図、図４は、斜視図を示している。
【００３１】ブロック６は、本実施態様では外ハウジング３１と内ハウジング３２との二重ハウジング構造を有している。装置フレーム３３にＺ方向に位置制御可能に支持された昇降テーブル８に、ヘッドブラケット３４が固着されており、このヘッドブラケット３４に、軸３５、３６が回動可能に支持されている。軸３５、３６の内端は外ハウジング３１に固着されているので、外ハウジング３１は、ヘッドブラケット３４に対して、軸３５、３６を介して回動（揺動）可能に支持されている。内ハウジング３２は、外ハウジング３１に対し回転自在に支持された軸３７、３８を介して回動（揺動）可能に支持されている。軸３７、３８の内端は内ハウジング３２に固着されているので、内ハウジング３２は、軸３７、３８を介して回動（揺動）可能に支持されている。軸３５、３６と軸３７、３８は、水平面内において、互いに直交する方向に延びている。この内ハウジング３２内に、下方に突出するように、ツール７を備えた加圧機構７ａが固定されている。なお、内ハウジング３２と加圧機構７ａとの間には、図示は省略するが、適当な加圧手段や、過加圧時の上方への逃げ機構を介在させることもできる。
【００３２】軸３５の外端には、揺動アーム３９が固着されており、軸３７の外端には、揺動アーム４０が固着されている。揺動アーム３９の上方には、ヘッドブラケット３４に固着された固定アーム４１が設けられており、揺動アーム４０の上方には、ヘッドブラケット３４に固着された固定アーム４２が設けられている。固定アーム４１と固定アーム４２には、それぞれ、アクチュエータ４３、４４が装着されており、アクチュエータ４３、４４のロッド４５、４６は、固定アーム４１、４２に固着された筒ケーシング４７、４８内に嵌挿されている。ロッド４５、４６の先端は、固定アーム４１と揺動アーム３９間を連結しているコイルバネ４９、固定アーム４２と揺動アーム４０間を連結しているコイルバネ５０の引張力に抗して、各揺動アーム３９、４０を下方に押圧、揺動できるようになっている。この揺動アーム３９、４０の揺動量を調整することにより、ヘッド３側においてα、β方向の調整が行われ、平行度が補正されるようになっている。ただし、このα、β方向の調整機構は上記機構に限定されるものではなく、二軸周りの回動動作により平行度の調整ができるものであれば、いかなる機構であってもよい。たとえば、上記のような揺動動作による平行度調整に限定されず、また、アクチュエータについても、サーボモータを使用したものや減速機を介在させたもの等いかなるものであってもよい。
【００３３】前記オートフォーカス機能付き２視野の認識手段１３は、図６に示すように、一方の視野で、基板４の各認識マーク１５（■、■、■、■）に対応する位置に制御されて、上下方向基準位置に対する各認識マーク１５（■、■、■、■）までの距離Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを検出する。同時に、他方の視野で、図７に示すように、チップ２の対応する各認識マーク１４（■、■、■、■）までの上下方向基準位置に対する距離Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈを検出する。検出した距離に基づいて、チップ２と基板４との間の平行度を算出することができる。
【００３４】平行度の算出は、たとえば、上記各検出距離Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈと、認識マーク■、■間および認識マーク■、■間の寸法Ｌ１（α方向）と、認識マーク■、■間および認識マーク■、■間の寸法Ｌ２（β方向）とを用い、α方向平行度を角度α_h 、β方向平行度を角度β_h を次式のように算出できる。基板４側のα方向平行度については、α_h ＝tan ^-1[((A+D)/2-(B+C)/2)/L1]チップ２側のα方向平行度については、α_h ＝tan ^-1[((E+H)/2-(F+G)/2)/L1]として算出でき、基板４側のβ方向平行度については、β_h ＝tan ^-1[((A+B)/2-(C+D)/2)/L2]チップ２側のα方向平行度については、β_h ＝tan ^-1[((E+F)/2-(G+H)/2)/L2]として算出できる。
【００３５】また、先に各検出距離Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤとＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈとを加算し、図８に示すような、チップ２と基板４との対応する各認識マーク間距離Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌを算出し、上記同様の計算式にて、チップ２と基板４との間の平行度を算出することができる。
【００３６】上記各認識マークまでの距離を検出するに際しては、２視野の認識手段１３のオートフォーカス機能が利用される。たとえば図９に示すように、２視野の認識手段１３を下降または上昇させていくと、２視野の認識手段１３の焦点位置５１と基板４（又はチップ２）との位置関係が変化する。このとき、カメラ１３が認識する認識マークのヒストグラムは、合焦点位置では、図１０（Ａ）に示すように、白と黒とが明確にピーク状に認識されたパターンとなり、焦点がずれた位置では、図１０（Ｂ）に示すように、グレー領域が合焦点位置と比較すると広くなる。２視野の認識手段１３の下降または上昇に伴って複数点あるいは連続的に観測すれば、合焦点位置を検出することができ、この合焦点位置から、基準位置（基準高さ）に対する前記各認識マークまでの距離を検出することができる。検出した値は記憶され、前述の平行度の算出に供せられる。
【００３７】上記認識マークを２視野の認識手段１３で認識するに際しては、各認識マークの形状や形態を工夫することによって、より高精度の検出が可能になる。たとえば、図１１に示すように、格子状の認識マーク５２を使用すれば、白部分５３に対する黒部分５４の長さ（エッジ長）が増大するので、検出精度の向上が可能になる。また、図示は省略するが、たとえば、一群の多数の孔によって認識マークを形成することによっても検出精度の向上が可能になる。いずれの場合にも、単一マーク（たとえば、単なる円形マーク）の場合に比べ、検出のためのエッジ長が増大されることにより検出精度が向上する。なお、認識マークは格子状だけでなく、図１２に示すようにストライプ状の認識マーク５５などでもよく、いずれの場合にも、黒と白の間隔が限りなく狭い方が好ましい。
【００３８】上記のように算出された平行度に基づいて、該平行度を、あらかじめ定められた目標精度範囲内に納めるための平行度補正量が演算される。演算は、２視野の認識手段１３からの検出情報に基づいて、コンピュータによって行えばよい。演算された平行度補正量に基づいて、実際に平行度が補正される。この補正は、前述のα、β方向の補正機構によればよい。
【００３９】上記実施態様では、オートフォーカス機能付き２視野の認識手段１３による検出情報に基づいて平行度の補正が行われるので、極めて高精度の調整が可能になる。また、たとえばヘッドの自動交換機能を有するチップ実装装置においては、各ヘッド毎の平行度補正量を演算し、この演算された平行度補正量を記憶しておくことにより、後続の基板へのチップ実装工程においては、ヘッドを自動交換毎に再度平行度の測定を行うことなく、記憶された平行度補正量に基づいて、各ヘッド毎に平行度の補正を行うことが可能になる。
【００４０】また、基板４に対し複数の位置に複数のチップ２を打って行く場合にも、つまり、マルチポジションに対応させる場合にも、各チップ２と基板４の各位置との対応位置毎に前記平行度補正量を演算すれば、各対応位置毎に高精度の平行度調整を行うことができる。そしてこの場合にも、各対応位置毎の平行度補正量を記憶しておくことにより、後続の基板へのチップ実装工程においては、再度平行度の測定を行うことなく、記憶された平行度補正量に基づいて、各対応位置毎に高精度の平行度の補正を行うことができる。最初に平行度の補正量を決めるに際しては、前述したように、予め準備した校正用のチップや基板を用いることもでき、それによって求められた平行度補正量を記憶しておき、しかる後に、実際のチップと基板との接合工程を開始するようにすることもできる。
【００４１】さらに、本発明における、チップと基板との各対応位置毎に、測定された平行度を目標精度範囲内に納めるための平行度補正量を演算し、演算された平行度補正量に基づいて平行度を補正するという技術思想、および、ヘッドの自動交換機能を有する場合にあって、測定された平行度を目標精度範囲内に納めるための平行度補正量を演算し、演算された平行度補正量に基づいて、各ヘッド毎に平行度を補正するという技術思想は、上記実施態様のようなオートフォーカス機能付き２視野の認識手段１３を用いない場合にも成立するものである。つまり、平行度の測定手法やその補正機構がいかなるものである場合にも、マルチポジションにおける各実装位置毎に平行度補正量を把握、あるいは交換されるヘッド毎に平行度補正量を把握するという技術思想は、本発明の顕著な特徴を表すものである。また、演算された平行度補正量を記憶しておき、記憶された平行度補正量に基づいて後続の基板へのチップ実装工程において平行度を調整するという技術思想も、本発明の顕著な特徴を表すものである。
【００４２】また、前記実施態様では、オートフォーカスセンシング機能を使用し、カメラＺ軸およびツールＺ軸を動かし、フォーカスの一番合った位置からカメラＺ軸およびツールＺ軸のエンコーダ又はリニアスケールの数値に基づきツールとステージ側の間隔を測定するわけであるが、オートフォーカスセンシング機能に代えて、うず電流、静電容量センサ等の測長器も使用可能である。
【００４３】上記実施態様では、認識マークの認識手段として２視野の認識手段を用いたが、本発明では１視野の認識手段を用いることも可能である。たとえば図１３に示すように、基板保持ステージ６１の基板６２を保持する基板保持面６３の下方に１視野の認識手段６４を進退可能に配置し、その１視野の認識手段６４のオートフォーカス機能により、基板６２または前述のような校正用基板（以下、単に「校正板」と言うこともある。）に付した各認識マーク６５までの距離を測定する。１視野の認識手段６４は、たとえば、可動テーブル６６の回転テーブル６７上に移動可能に設けられる。図１４は、１視野の認識手段６４が基板６２の下方に挿入された状態を示している。
【００４４】上記のような１視野の認識手段６４を用いて、図１５に示すように、基板６２または校正板の各認識マーク６５ａ～６５ｄが、各対応位置６４ａ～６４ｄに移動された１視野の認識手段６４によって認識され、そのオートフォーカス機能により、各認識マーク６５ａ～６５ｄまでの距離Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐが測定される。また、図１６に示すように、同様に、チップ６８または校正板の各認識マーク６９ａ～６９ｄが、各対応位置６４ｅ～６４ｈに移動された１視野の認識手段６４によって認識され、そのオートフォーカス機能により、各認識マーク６９ａ～６９ｄまでの距離Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔが測定される。チップ６８または校正板の各認識マーク６９ａ～６９ｄの認識は、基板６２が空の状態のとき、あるいは、基板用校正板が透明ガラスからなる場合にはそれを透過して認識すればよい。このようにすれば、１視野の認識手段６４でありながら、基板側とチップ側の両方の認識マークを認識できる。基板側の各認識マーク６５ａ～６５ｄまでの距離Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐと、チップ側の各認識マーク６９ａ～６９ｄまでの距離Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔから、前述の実施態様と同様の手法により平行度が演算され、その平行度測定に基づいて平行度の調整を行うことができる。
【００４５】このような１視野の認識手段を用いた平行度の調整は、たとえば図１７に示すように実施できる。図１７に示す例では、バックアップガラス部材７１上に配置された液晶ディスプレイ７２の端部にチップ７３を実装する場合を示しており、下方に配されたオートフォーカスレンズ７４付きの１視野の認識手段７５（たとえば、ＣＣＤカメラ）により、バックアップガラス部材７１を通して液晶ディスプレイ７２の端部に付された認識マーク７６ａ～７６ｄまでの距離を測定するとともに、チップ７３に付された認識マーク７７ａ～７７ｄまでの距離を測定し、両者間の平行度を演算して、平行度が所望の範囲内に入るように調整される。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のチップ実装装置およびチップ実装装置における平行度調整方法によれば、複数のチップを基板にマルチポジションで実装する場合、あるいは、ヘッドを自動交換する機能を備えているチップ実装装置を使用する場合、各実装位置毎にあるいは交換される各ヘッド毎に平行度補正量を求めるようにしたので、実際の工程に則した形態で極めて精度良く平行度を自動調整することが可能になる。とくに、演算された平行度補正量を記憶しておけば、再度平行度測定を行うことなく長期間にわたって高精度の平行度自動調整を行うことが可能になり、品質の向上とともに生産性の向上が可能になる。
【００４７】また、オートフォーカス機能付きの認識手段を用い、その情報から平行度補正量を演算するようにすれば、接触型検出手段による場合の不都合を生じさせることなく、従来法に比べ測定、調整精度を大幅に向上することが可能になる。
【００４８】さらに、上記マルチポジションへの対応手法やヘッドの自動交換への対応手法に、オートフォーカス機能付きの認識手段からの情報に基づく平行度補正を加えれば、個々の実装条件や位置に対応して高精度で平行度を自動調整することが可能になり、現実のチップ実装工程にとって極めて有用な平行度の調整を行うことができる。

【出願人】	【識別番号】０００２１９３１４【氏名又は名称】東レエンジニアリング株式会社
【出願日】	平成１２年４月２５日（２０００．４．２５）
【代理人】
【公開番号】	特開２００１－３０８５９７（Ｐ２００１－３０８５９７Ａ）
【公開日】	平成１３年１１月２日（２００１．１１．２）
【出願番号】	特願２０００－１２３６０６（Ｐ２０００－１２３６０６）