(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024059434
(43)【公開日】2024-05-01
(54)【発明の名称】実装装置、実装方法および実装制御プログラム
(51)【国際特許分類】
H01L 21/52 20060101AFI20240423BHJP
【ＦＩ】
H01L21/52 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022167109
(22)【出願日】2022-10-18
(71)【出願人】
【識別番号】519294332
【氏名又は名称】株式会社新川
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】瀬山 耕平
【テーマコード（参考）】
5F047
【Ｆターム（参考）】
5F047AA11
5F047CA00
5F047FA08
5F047FA73
5F047FA81
5F047FA83
5F047FA90
(57)【要約】
【課題】周辺環境の温度が変化しても、また、半導体チップ等の実装体を複数重ねて実装する場合であっても、シャインプルーフ光学系を採用する撮像ユニットを用いてそれぞれの実装体を載置する目標位置を精確に決定し、当該実装体を基板上あるいは他の実装体上の当該目標位置に載置して実装することのできる実装装置を提供する。
【解決手段】実装制御部は、仰視用撮像ユニットとシャインプルーフ光学系を採用する俯瞰用撮像ユニットとによって撮像可能に配置された較正指標の指標面と、実装体の実装面とが同一の高さになるように実装ツールの位置を調整して仰視用撮像ユニットに実装面を撮像させ出力させた仰視画像に基づいて実装体の基準位置を認識し、載置予定領域の被実装面が指標面と同一の高さになるようにステージの位置を調整し、認識した基準位置に基づいて実装面を被実装面へ実装させる。
【選択図】図６
【解決手段】実装制御部は、仰視用撮像ユニットとシャインプルーフ光学系を採用する俯瞰用撮像ユニットとによって撮像可能に配置された較正指標の指標面と、実装体の実装面とが同一の高さになるように実装ツールの位置を調整して仰視用撮像ユニットに実装面を撮像させ出力させた仰視画像に基づいて実装体の基準位置を認識し、載置予定領域の被実装面が指標面と同一の高さになるようにステージの位置を調整し、認識した基準位置に基づいて実装面を被実装面へ実装させる。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
実装面を有する実装体を拾得して保持し、ステージに載置された基板または前記基板に既に実装された他の前記実装体に対して設定される載置予定領域へ前記実装面を実装する実装ツールと、
前記ステージのステージ面に平行な平面が焦点面となるように光学系と撮像素子がシャインプルーフ条件を満たして配置された、前記ステージ面に対して前記実装ツールと同じ側から前記載置予定領域を俯瞰して撮像するための俯瞰用撮像ユニットと、
前記実装ツールに保持された状態の前記実装体を、前記ステージ面に対して前記俯瞰用撮像ユニットとは反対の側から仰視して撮像するための仰視用撮像ユニットと、
前記俯瞰用撮像ユニットと前記仰視用撮像ユニットにより撮像可能に配置された較正指標と、
前記実装面が前記較正指標の指標面と同一の高さになるように前記実装ツールの位置を調整して前記仰視用撮像ユニットに前記実装面を撮像させ出力させた前記仰視画像に基づいて前記実装体の基準位置を認識し、前記載置予定領域の被実装面が前記指標面と同一の高さになるように前記ステージの位置を調整し、前記基準位置に基づいて前記被実装面へ実装させる実装制御部と
を備える実装装置。
前記ステージのステージ面に平行な平面が焦点面となるように光学系と撮像素子がシャインプルーフ条件を満たして配置された、前記ステージ面に対して前記実装ツールと同じ側から前記載置予定領域を俯瞰して撮像するための俯瞰用撮像ユニットと、
前記実装ツールに保持された状態の前記実装体を、前記ステージ面に対して前記俯瞰用撮像ユニットとは反対の側から仰視して撮像するための仰視用撮像ユニットと、
前記俯瞰用撮像ユニットと前記仰視用撮像ユニットにより撮像可能に配置された較正指標と、
前記実装面が前記較正指標の指標面と同一の高さになるように前記実装ツールの位置を調整して前記仰視用撮像ユニットに前記実装面を撮像させ出力させた前記仰視画像に基づいて前記実装体の基準位置を認識し、前記載置予定領域の被実装面が前記指標面と同一の高さになるように前記ステージの位置を調整し、前記基準位置に基づいて前記被実装面へ実装させる実装制御部と
を備える実装装置。
【請求項2】
前記俯瞰用撮像ユニットが出力する俯瞰画像に基づいて算出される座標値と前記仰視用撮像ユニットが出力する仰視画像に基づいて算出される座標値との差分を較正する較正値を、前記較正指標を前記俯瞰用撮像ユニットに撮像させて出力させた前記俯瞰画像と前記較正指標を前記仰視用撮像ユニットに撮像させて出力させた前記仰視画像とに基づいて演算する較正制御部を備え、
前記実装制御部は、前記焦点面が前記被実装面と同一の高さになるように前記俯瞰用撮像ユニットの位置を調整して前記俯瞰用撮像ユニットに前記載置予定領域を撮像させた前記俯瞰画像と前記較正値に基づいて前記載置予定領域の目標位置を認識し、前記基準位置が前記目標位置に合致するように前記実装体を前記載置予定領域に載置させる、請求項１に記載の実装装置。
前記実装制御部は、前記焦点面が前記被実装面と同一の高さになるように前記俯瞰用撮像ユニットの位置を調整して前記俯瞰用撮像ユニットに前記載置予定領域を撮像させた前記俯瞰画像と前記較正値に基づいて前記載置予定領域の目標位置を認識し、前記基準位置が前記目標位置に合致するように前記実装体を前記載置予定領域に載置させる、請求項１に記載の実装装置。
【請求項3】
前記較正制御部は、前記実装制御部が予め設定されたロット分の前記実装体の実装を完了するごとに、前記較正値を演算して更新する請求項２に記載の実装装置。
【請求項4】
前記較正制御部は、前記実装制御部が実行する実装作業の作業時間に基づいて、前記較正値を演算して更新する請求項２に記載の実装装置。
【請求項5】
前記俯瞰用撮像ユニットの温度を検出する温度検出部を備え、
前記較正制御部は、前記温度検出部が予め設定された温度を検出した場合に、前記較正値を演算して更新する請求項２に記載の実装装置。
前記較正制御部は、前記温度検出部が予め設定された温度を検出した場合に、前記較正値を演算して更新する請求項２に記載の実装装置。
【請求項6】
前記較正制御部は、前記実装制御部が前記実装体の前記実装面を前記仰視用撮像ユニットに撮像させる処理に同期させて前記俯瞰用撮像ユニットと前記仰視用撮像ユニットに前記較正指標を撮像させ、前記較正値を演算する請求項２に記載の実装装置。
【請求項7】
前記実装制御部は、前記基板に複数の前記実装体を順次実装した後に前記ステージの位置を調整し、前記基板に実装されたそれぞれの前記実装体に他の実装体を順次実装する請求項２に記載の実装装置。
【請求項8】
前記実装制御部は、前記焦点面が前記被実装面と同一の高さになるように前記俯瞰用撮像ユニットの位置を調整したときに前記被実装面の高さを測定し、測定された前記被実装面の高さが前記指標面を基準として予め設定された許容範囲に収まらない場合には、前記ステージの位置を再調整した後に前記実装体を実装させる請求項２に記載の実装装置。
【請求項9】
前記俯瞰用撮像ユニットは、それぞれの前記焦点面が一致するように調整された第１撮像ユニットと第２撮像ユニットを含み、
前記実装制御部は、前記第１撮像ユニットに前記載置予定領域を撮像させて出力させた第１俯瞰画像と、前記第２撮像ユニットに前記載置予定領域を撮像させて出力させた第２俯瞰画像とに基づいて算出した仮目標位置を前記較正値により補正して前記目標位置を認識する請求項２から８のいずれか１項に記載の実装装置。
前記実装制御部は、前記第１撮像ユニットに前記載置予定領域を撮像させて出力させた第１俯瞰画像と、前記第２撮像ユニットに前記載置予定領域を撮像させて出力させた第２俯瞰画像とに基づいて算出した仮目標位置を前記較正値により補正して前記目標位置を認識する請求項２から８のいずれか１項に記載の実装装置。
【請求項10】
実装面を有する実装体を拾得して保持し、ステージに載置された基板または前記基板に既に実装された他の前記実装体に対して設定される載置予定領域へ前記実装面を実装する実装ツールと、前記ステージのステージ面に平行な平面が焦点面となるように光学系と撮像素子がシャインプルーフ条件を満たして配置された、前記ステージ面に対して前記実装ツールと同じ側から前記載置予定領域を俯瞰して撮像するための俯瞰用撮像ユニットと、前記実装ツールに保持された状態の前記実装体を、前記ステージ面に対して前記俯瞰用撮像ユニットとは反対の側から仰視して撮像するための仰視用撮像ユニットと、前記俯瞰用撮像ユニットと前記仰視用撮像ユニットにより撮像可能に配置された較正指標とを備える実装装置を用いた前記実装体の実装方法であって、
前記実装面が前記較正指標の指標面と同一の高さになるように前記実装ツールの位置を調整して前記仰視用撮像ユニットに前記実装面を撮像させ出力させた前記仰視画像に基づいて前記実装体の基準位置を認識し、前記載置予定領域の被実装面が前記指標面と同一の高さになるように前記ステージの位置を調整し、前記基準位置に基づいて前記被実装面へ実装させる実装制御ステップを有する実装方法。
前記実装面が前記較正指標の指標面と同一の高さになるように前記実装ツールの位置を調整して前記仰視用撮像ユニットに前記実装面を撮像させ出力させた前記仰視画像に基づいて前記実装体の基準位置を認識し、前記載置予定領域の被実装面が前記指標面と同一の高さになるように前記ステージの位置を調整し、前記基準位置に基づいて前記被実装面へ実装させる実装制御ステップを有する実装方法。
【請求項11】
実装面を有する実装体を拾得して保持し、ステージに載置された基板または前記基板に既に実装された他の前記実装体に対して設定される載置予定領域へ前記実装面を実装する実装ツールと、前記ステージのステージ面に平行な平面が焦点面となるように光学系と撮像素子がシャインプルーフ条件を満たして配置された、前記ステージ面に対して前記実装ツールと同じ側から前記載置予定領域を俯瞰して撮像するための俯瞰用撮像ユニットと、前記実装ツールに保持された状態の前記実装体を、前記ステージ面に対して前記俯瞰用撮像ユニットとは反対の側から仰視して撮像するための仰視用撮像ユニットと、前記俯瞰用撮像ユニットと前記仰視用撮像ユニットにより撮像可能に配置された較正指標とを備える実装装置を制御する実装制御プログラムであって、
前記実装面が前記較正指標の指標面と同一の高さになるように前記実装ツールの位置を調整して前記仰視用撮像ユニットに前記実装面を撮像させ出力させた前記仰視画像に基づいて前記実装体の基準位置を認識し、前記載置予定領域の被実装面が前記指標面と同一の高さになるように前記ステージの位置を調整し、前記基準位置に基づいて前記被実装面へ実装させる実装制御ステップをコンピュータに実行させる実装制御プログラム。
前記実装面が前記較正指標の指標面と同一の高さになるように前記実装ツールの位置を調整して前記仰視用撮像ユニットに前記実装面を撮像させ出力させた前記仰視画像に基づいて前記実装体の基準位置を認識し、前記載置予定領域の被実装面が前記指標面と同一の高さになるように前記ステージの位置を調整し、前記基準位置に基づいて前記被実装面へ実装させる実装制御ステップをコンピュータに実行させる実装制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、実装装置、実装方法および実装制御プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来の実装装置の一例であるボンディング装置では、まず、ダイパッドなどの作業対象を真上からカメラで撮像してその位置を確認する。そして、カメラを退避させてからボンディングツールを支持するヘッド部を当該作業対象の真上に移動させ、ボンディング作業を行っていた。このような構成を採用するボンディング装置は、作業時間を要するばかりでなく、作業目標位置に対する移動誤差の蓄積も問題となっていた。そこで、作業対象を斜め方向から撮像できるシャインプルーフ光学系を採用した撮像ユニットの利用が考えられるようになってきた（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１４－１７９５６０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、シャインプルーフ光学系を採用する撮像ユニットは、光学系の構造上の特性から、周辺環境の温度変化に伴う光学系要素の微小変位が出力画像の平面方向への変位となって現れやすいことがわかってきた。出力画像の平面方向への変位は、半導体チップを載置すべき目標位置の算出に誤差を生じさせ、したがって、当該半導体チップを本来の目標位置へ精度よく実装することを妨げる結果を招く。特に、基板上に実装した半導体チップの上に更に別の半導体チップを重ねて実装するいわゆるスタックドダイ実装や２．５次元実装においては、それぞれの半導体チップを載置する載置面の高さが変化する。このような場合には、その高さごとに誤差量が異なるという課題も明らかになってきた。
【0005】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、周辺環境の温度が変化しても、また、半導体チップ等の実装体を複数重ねて実装する場合であっても、シャインプルーフ光学系を採用する撮像ユニットを用いてそれぞれの実装体を載置する目標位置を精確に決定し、当該実装体を基板上あるいは他の実装体上の当該目標位置に載置して実装することのできる実装装置等を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の第１の態様における実装装置は、実装面を有する実装体を拾得して保持し、ステージに載置された基板または基板に既に実装された他の実装体に対して設定される載置予定領域へ実装面を実装する実装ツールと、ステージのステージ面に平行な平面が焦点面となるように光学系と撮像素子がシャインプルーフ条件を満たして配置された、ステージ面に対して実装ツールと同じ側から載置予定領域を俯瞰して撮像するための俯瞰用撮像ユニットと、実装ツールに保持された状態の実装体を、ステージ面に対して俯瞰用撮像ユニットとは反対の側から仰視して撮像するための仰視用撮像ユニットと、俯瞰用撮像ユニットと仰視用撮像ユニットにより撮像可能に配置された較正指標と、実装面が較正指標の指標面と同一の高さになるように実装ツールの位置を調整して仰視用撮像ユニットに実装面を撮像させ出力させた仰視画像に基づいて実装体の基準位置を認識し、載置予定領域の被実装面が指標面と同一の高さになるようにステージの位置を調整し、基準位置に基づいて被実装面へ実装させる実装制御部とを備える。
【0007】
また、本発明の第２の態様における実装方法は、実装面を有する実装体を拾得して保持し、ステージに載置された基板または基板に既に実装された他の実装体に対して設定される載置予定領域へ実装面を実装する実装ツールと、ステージのステージ面に平行な平面が焦点面となるように光学系と撮像素子がシャインプルーフ条件を満たして配置された、ステージ面に対して実装ツールと同じ側から載置予定領域を俯瞰して撮像するための俯瞰用撮像ユニットと、実装ツールに保持された状態の実装体を、ステージ面に対して俯瞰用撮像ユニットとは反対の側から仰視して撮像するための仰視用撮像ユニットと、俯瞰用撮像ユニットと仰視用撮像ユニットにより撮像可能に配置された較正指標とを備える実装装置を用いた実装体の実装方法であって、実装面が較正指標の指標面と同一の高さになるように実装ツールの位置を調整して仰視用撮像ユニットに実装面を撮像させ出力させた仰視画像に基づいて実装体の基準位置を認識し、載置予定領域の被実装面が指標面と同一の高さになるようにステージの位置を調整し、基準位置に基づいて被実装面へ実装させる実装制御ステップを有する。
【0008】
また、本発明の第３の態様における実装制御プログラムは、実装面を有する実装体を拾得して保持し、ステージに載置された基板または基板に既に実装された他の実装体に対して設定される載置予定領域へ実装面を実装する実装ツールと、ステージのステージ面に平行な平面が焦点面となるように光学系と撮像素子がシャインプルーフ条件を満たして配置された、ステージ面に対して実装ツールと同じ側から載置予定領域を俯瞰して撮像するための俯瞰用撮像ユニットと、実装ツールに保持された状態の実装体を、ステージ面に対して俯瞰用撮像ユニットとは反対の側から仰視して撮像するための仰視用撮像ユニットと、俯瞰用撮像ユニットと仰視用撮像ユニットにより撮像可能に配置された較正指標とを備える実装装置を制御する実装制御プログラムであって、実装面が較正指標の指標面と同一の高さになるように実装ツールの位置を調整して仰視用撮像ユニットに実装面を撮像させ出力させた仰視画像に基づいて実装体の基準位置を認識し、載置予定領域の被実装面が指標面と同一の高さになるようにステージの位置を調整し、基準位置に基づいて被実装面へ実装させる実装制御ステップをコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【0009】
本発明により、周辺環境の温度が変化しても、また、半導体チップ等の実装体を複数重ねて実装する場合であっても、シャインプルーフ光学系を採用する撮像ユニットを用いてそれぞれの実装体を載置する目標位置を精確に決定し、当該実装体を基板上あるいは他の実装体上の当該目標位置に載置して実装することのできる実装装置等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本実施形態に係るボンディング装置を含むフリップチップボンダの全体構成図である。
【図2】ボンディング装置のシステム構成図である。
【図3】シャインプルーフ光学系を説明するための説明図である。
【図4】３つの撮像ユニットが較正指標を撮像する様子を示す図である。
【図5】ボンディングツールが第１半導体チップを拾得する様子を示す図である。
【図6】第３撮像ユニットが第１半導体チップを撮像すると共に、第１領域面の高さを指標面の高さに調整する様子を示す図である。
【図7】第３撮像ユニットが出力した仰視画像を模式的に示す図である。
【図8】第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットが載置予定領域であるリードフレームを撮像する様子を示す図である。
【図10】第１俯瞰画像および第２俯瞰画像から第１半導体チップを載置するダイパッド上の目標座標を算出するまでの手順を示す図である。
【図11】ボンディングツールが第１半導体チップを目標位置へ載置してボンディングする様子を示す図である。
【図12】ボンディングツールが退避する様子を示す図である。
【図13】第３撮像ユニットが第２半導体チップを撮像すると共に、第２領域面の高さを指標面の高さに調整する様子を示す図である。
【図14】第３撮像ユニットが出力した仰視画像を模式的に示す図である。
【図15】第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットが載置予定領域である第１半導体チップを撮像する様子を示す図である。
【図16】第１俯瞰画像および第２俯瞰画像から第２半導体チップを載置する第１半導体チップ上の目標座標を算出するまでの手順を示す図である。
【図17】ボンディングツールが第２半導体チップを目標位置へ載置してボンディングする様子を示す図である。
【図18】半導体チップのボンディング手順を説明するフロー図である。
【図19】較正制御ステップの手順を説明するサブフロー図である。
【図20】ボンディング制御ステップの手順を説明するサブフロー図である。
【図21】他の実施例において３つの撮像ユニットが較正指標を撮像する様子を示す図である。
【図22】他の実施例における半導体チップのボンディング手順を説明するフロー図である。
【図23】さらに変形例に係る追加手順を説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。なお、各図において、同一又は同様の構成を有する構造物が複数存在する場合には、煩雑となることを回避するため、一部に符号を付し、他に同一符号を付すことを省く場合がある。
【0012】
図１は、本実施形態に係る実装装置としてのボンディング装置１００を含むフリップチップボンダの全体構成図である。フリップチップボンダは、主にボンディング装置１００とチップ供給装置５００から構成される。チップ供給装置５００は、実装体としてのダイシングされた半導体チップ３１０をその上面に載置してボンディング装置１００へ供給する装置である。具体的には、チップ供給装置５００は、ピックアップ機構５１０および反転機構５２０を含む。ピックアップ機構５１０は、載置された任意の半導体チップ３１０を反転機構５２０へ向けて押し上げる装置である。反転機構５２０は、ピックアップ機構５１０に押し上げられた半導体チップ３１０を吸着し反転することにより、その上下方向の向きを入れ替える装置である。本実施形形態においては、半導体チップ３１０として第１半導体チップ３１０ａと第２半導体チップ３１０ｂの２種類が用意されている。ボンディング装置１００は、反転機構５２０により反転された状態で吸着されている第１半導体チップ３１０ａまたは第２半導体チップ３１０ｂを後述するボンディングツール１２０によって拾得し、リードフレーム３３０に積層して接着する装置である。本実施形においては、第１半導体チップ３１０ａをリードフレーム３３０に載置して接着し、第２半導体チップ３１０ｂを第１半導体チップ３１０ａ上に積み重ねて接着する。リードフレーム３３０は、ステージ１９０に載置される基板の一例である。
【0013】
ボンディング装置１００は、主に、ヘッド部１１０、ボンディングツール１２０、第１撮像ユニット１３０、第２撮像ユニット１４０、第３撮像ユニット１５０、較正ユニット１７０、ステージ１９０を備える。ヘッド部１１０は、ボンディングツール１２０、第１撮像ユニット１３０、第２撮像ユニット１４０を支持し、ヘッド駆動モータ１１１によって平面方向および垂直方向へ移動可能である。本実施形態において平面方向は、図示するように、Ｘ軸方向とＹ軸方向で定められる水平方向であり、垂直方向（高さ方向）は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交するＺ軸方向である。
【0014】
ボンディングツール１２０は、ツール駆動モータ１２１によって、ヘッド部１１０に対して高さ方向へ移動可能であり、また、Ｚ軸周りに回転可能である。ボンディングツール１２０は、実装ツールの一例であり、先端部に半導体チップ３１０を吸着するコレット１２２およびコレット１２２が吸着する半導体チップ３１０を加熱するヒータ１２４を有する。ボンディングツールは、コレット１２２に吸着させた半導体チップ３１０を所定位置に載置し、コレット１２２の先端部で加圧しつつヒータ１２４で加熱して接着する。
【0015】
第１撮像ユニット１３０と第２撮像ユニット１４０は、リードフレーム３３０を俯瞰して撮像する俯瞰用撮像ユニットである。第１撮像ユニット１３０は、第１光学系１３１と第１撮像素子１３２を備え、その光軸をボンディングツール１２０の下方へ向けてヘッド部１１０に斜設されている。第１光学系１３１と第１撮像素子１３２は、ステージ１９０のステージ面１９０ａに平行な平面が焦点面１１０ａとなるようにシャインプルーフ条件を満たして配置されている。
【0016】
第２撮像ユニット１４０は、第２光学系１４１と第２撮像素子１４２を備え、ボンディングツール１２０に対して第１撮像ユニット１３０とは反対側に、その光軸をボンディングツール１２０の下方へ向けてヘッド部１１０に斜設されている。第２光学系１４１と第２撮像素子１４２は、ステージ１９０のステージ面１９０ａに平行な平面が焦点面１１０ａとなるようにシャインプルーフ条件を満たして配置されている。なお、以下の説明においては、第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０を纏めて「俯瞰用撮像ユニット」と称する場合がある。
【0017】
第３撮像ユニット１５０は、ボンディングツール１２０のコレット１２２に保持された状態の前記半導体チップ３１０を、仰視して撮像するための仰視用撮像ユニットである。図示するように、第３撮像ユニット１５０は、ステージ１９０のステージ面１９０ａを分割面とすると、俯瞰用撮像ユニットが配置される空間とは反対の側の空間に配置されている。第３撮像ユニット１５０は、第３光学系１５１と第３撮像素子１５２を備え、その光軸を上方へ向けて設置されている。第３撮像ユニット１５０は、第３光学系１５１と第３撮像素子１５２が光軸と直交するように配置された一般的な撮像ユニットであり、その焦点面１５０ａは第３撮像素子１５２の受光面と平行である。なお、以下の説明においては、第３撮像ユニット１５０を「仰視用撮像ユニット」と称する場合がある。
【0018】
較正ユニット１７０は、主に、指標駆動モータ１７１、指標プレート１７２、較正指標１７３を備える。較正指標１７３は、例えば十字マークの交点といった基準位置が定められたリファレンスマークである。指標プレート１７２は、例えばガラスや透明樹脂の薄板であり、その一面に較正指標１７３が印刷されている。すなわち、較正指標１７３は、指標プレート１７２のいずれの面側からも観察できる。本実施形態においては、較正指標１７３は、指標プレート１７２のうち第３撮像ユニット１５０と対向する表面とは反対側の表面に印刷されている。本実施形態においては、較正指標１７３が印刷された表面を指標面１７３ａと称する。
【0019】
なお、互いの基準位置がＸＹ方向にずれなく２つの較正指標１７３が指標プレート１７２の両面にそれぞれ印刷されていれば、指標プレート１７２は透明でなくても構わない。その場合、第３撮像ユニット１５０と対向する較正指標１７３が第３撮像ユニット１５０の被写界深度度の範囲に収まるように、指標プレート１７２の厚さが設定される。また、較正指標１７３は、印刷に限らず、シールの貼着や、指標プレート１７２表面のケガキ等により設けられてもよい。指標プレート１７２の両面に較正指標１７３を設ける場合には、第３撮像ユニット１５０と対向する表面とは反対側の表面を指標面１７３ａと定めるとよい。第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０が撮像する較正指標１７３と、第３撮像ユニット１５０が撮像する較正指標１７３とが異なることによるＺ方向の誤差は、指標プレート１７２の厚さ等を基準として補正すればよい。
【0020】
指標駆動モータ１７１は、指標プレート１７２をＺ軸周りに旋回させることにより、較正指標１７３を第３撮像ユニット１５０の視野中心付近へ移動させたり、当該視野から退避させたりする。指標プレート１７２が旋回されて較正指標１７３が第３撮像ユニット１５０の視野へ投入されると、較正指標１７３が第３撮像ユニット１５０の焦点面１５０ａとなるように、それぞれの配置が調整されている。なお、第３光学系１５１は、焦点面１５０ａを挟む一定の奥行き範囲を被写界深度とするので、指標面１７３ａと焦点面１５０ａはその被写界深度の範囲であればずれが許容される。
【0021】
ステージ１９０は、ステージ駆動モータ１９１によって平面方向および垂直方向へ移動可能である。具体的には後述するが、ステージ１９０は、実装処理に応じて、第１半導体チップ３１０ａを載置する載置予定領域の領域面である第１領域面３３０ａ（リードフレーム３３０の上面）や、第２半導体チップ３１０ｂを載置する載置予定領域の領域面である第２領域面３３０ｂ（リードフレーム３３０に接着された第１半導体チップ３１０ａの上面）が、指標面１７３ａと同一の高さとなるように、その位置が調整される。ここで、第１領域面２２０ａは、第１半導体チップ３１０ａの実装面が実装される被実装面を含む。また、第２領域面３３０ｂは、第２領域面３３０ｂは、第２半導体チップ３１０ｂの実装面が実装される被実装面を含む。
【0022】
図２は、ボンディング装置１００のシステム構成図である。ボンディング装置１００の制御システムは、主に、演算処理部２１０、記憶部２２０、入出力デバイス２３０、第１撮像ユニット１３０、第２撮像ユニット１４０、第３撮像ユニット１５０、ヘッド駆動モータ１１１、ツール駆動モータ１２１、指標駆動モータ１７１、ステージ駆動モータ１９１によって構成される。
【0023】
演算処理部２１０は、ボンディング装置１００の制御とプログラムの実行処理を行うプロセッサ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）である。プロセッサは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の演算処理チップと連携する構成であってもよい。演算処理部２１０は、記憶部２２０に記憶されたボンディング制御プログラムを読み出して、ボンディング制御に関する様々な処理を実行する。
【0024】
記憶部２２０は、不揮発性の記憶媒体であり、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）によって構成されている。記憶部２２０は、ボンディング制御プログラムの他にも、制御や演算に用いられる様々なパラメータ値、関数、ルックアップテーブル等を記憶し得る。記憶部２２０は、特に、較正データ２２１を記憶している。較正データ２２１は、具体的には後述するが、同一の観察対象に対して俯瞰画像に基づいて算出される座標値と仰視画像に基づいて算出される座標値の差分を較正する較正値に関するデータである。
【0025】
入出力デバイス２３０は、例えばキーボード、マウス、表示モニタを含み、ユーザによるメニュー操作を受け付けたり、ユーザへ情報を提示したりするデバイスである。例えば、演算処理部２１０は、取得した俯瞰画像や仰視画像を入出力デバイス２３０の一つである表示モニタへ表示してもよい。
【0026】
第１撮像ユニット１３０は、演算処理部２１０から撮像要求信号を受けて撮像を実行し、第１撮像素子１３２が出力した第１俯瞰画像を画像信号として演算処理部２１０へ送信する。第２撮像ユニット１４０は、演算処理部２１０から撮像要求信号を受けて撮像を実行し、第２撮像素子１４２が出力した第２俯瞰画像を画像信号として演算処理部２１０へ送信する。第３撮像ユニット１５０は、演算処理部２１０から撮像要求信号を受けて撮像を実行し、第３撮像素子１５２が出力した仰視画像を画像信号として演算処理部２１０へ送信する。
【0027】
ヘッド駆動モータ１１１は、演算処理部２１０から駆動信号を受けてヘッド部１１０を水平面方向および高さ方向へ移動させる。ツール駆動モータ１２１は、演算処理部２１０から駆動信号を受けてボンディングツール１２０を高さ方向へ移動させ、Ｚ軸周りに回転させる。指標駆動モータ１７１は、演算処理部２１０から駆動信号を受けて指標プレート１７２を旋回させる。ステージ駆動モータ１９１は、演算処理部２１０から駆動信号を受けてステージ１９０を水平面方向および高さ方向へ移動させる。
【0028】
演算処理部２１０は、ボンディング制御プログラムが指示する処理に応じて様々な演算を実行する機能演算部としての役割も担う。演算処理部２１０は、画像取得部２１１、駆動制御部２１２、較正制御部２１３、ボンディング制御部２１４として機能し得る。画像取得部２１１は、第１撮像ユニット１３０、第２撮像ユニット１４０、第３撮像ユニット１５０へ撮像要求信号を送信し、第１俯瞰画像、第２俯瞰画像、仰視画像の画像信号を取得する。駆動制御部２１２は、ヘッド駆動モータ１１１、ツール駆動モータ１２１、指標駆動モータ１７１、ステージ駆動モータ１９１へ制御量に応じた駆動信号を送信することにより、ヘッド部１１０、ボンディングツール１２０、指標プレート１７２、ステージ１９０を目標位置へ移動させる。また、ピックアップ機構５１０や反転機構５２０のへ駆動信号を送信することにより、ターゲットとなる半導体チップ３１０を押し上げたり、吸着させて反転させたりする。
【0029】
較正制御部２１３は、画像取得部２１１や駆動制御部２１２等を制御することにより、上述の較正値を、較正指標１７３を俯瞰用撮像ユニットに撮像させ出力させた俯瞰画像と仰視用撮像ユニットに撮像させ出力させた仰視画像とに基づいて演算する。ボンディング制御部２１４は、実装制御部の一例であり、画像取得部２１１や駆動制御部２１２等を制御することにより、ボンディングツール１２０に保持された半導体チップ３１０を仰視用撮像ユニットに撮像させ出力させた仰視画像に基づいて半導体チップ３１０の基準位置を認識する。このとき、ボンディング制御部２１４は、当該半導体チップ３１０の載置予定領域の領域面が較正指標１７３の指標面１７３ａと同一の高さになるようにステージ１９０の位置を調整する。そして、当該半導体チップ３１０を載置しようとする載置予定領域を俯瞰用撮像ユニットに撮像させて出力させた俯瞰画像と上述の較正値に基づいて決定した目標位置に当該基準位置が合致するように、ボンディングツール１２０に当該半導体チップ３１０を載置予定領域に載置させてボンディングさせる。このとき、ボンディング制御部２１４は、俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａが載置予定領域の領域面と同一の高さになるようにヘッド部１１０の位置を調整する。較正制御部２１３とボンディング制御部２１４の具体的な制御や処理については後に詳述する。
【0030】
図３は、第１撮像ユニット１３０に採用されているシャインプルーフ光学系を説明するための説明図である。第２撮像ユニット１４０にも同様のシャインプルーフ光学系が採用されているが、ここでは代表して第１撮像ユニット１３０のシャインプルーフ光学系について説明する。
【0031】
図３において、平面Ｓ１は、ステージ１９０のステージ面に対して平行である焦点面１１０ａである。仮想面Ｓ２は、物側レンズ群１３１ａと像側レンズ群１３１ｂを構成群とする第１光学系１３１の主平面を含む平面である。平面Ｓ３は、第１撮像素子１３２の受光面を含む平面である。本実施形態においてシャインプルーフ光学系は、シャインプルーフ条件を満たして配置されている第１光学系１３１と第１撮像素子１３２を含む。シャインプルーフ条件を満たす配置とは、平面Ｓ１、仮想面Ｓ２、仮想面Ｓ３が共通の直線Ｐ上で互いに交差する配置である。
【0032】
絞り１３３は、物側レンズ群１３１ａと像側レンズ群１３１ｂの間に配置され、通過する光束を制限する。絞り１３３の径により、被写界深度ＤＰを調整することができる。したがって、例えば第１領域面３３０ａや第２領域面３３０ｂがこの被写界深度内に位置すれば、第１撮像ユニット１３０は、後述するパッド基準マークや積層基準マークを合焦状態で撮像することができる。この意味において、焦点面１１０ａをある面と同一の高さになるように調整する位置制御は、被写界深度ＤＰの範囲であればずれが許容される。
【0033】
第２撮像ユニット１４０は、第１撮像ユニット１３０と同様の構成を備え、ボンディングツール１２０の中心軸を含むＹＺ平面に対して対称にヘッド部１１０に配設されている。したがって、第２撮像ユニット１４０も第１撮像ユニット１３０と同様に、パッド基準マークや積層基準マークを合焦状態で撮像することができる。第１撮像ユニット１３０の焦点面と第２撮像ユニット１４０の焦点面は、焦点面１１０ａで一致することが好ましいが、ずれが生じたとしても、互いの被写界深度の一部が重なっている限り、パッド基準マークや積層基準マーク等を共に合焦状態で撮像することができる。
【0034】
さて、このようなシャインプルーフ光学系を採用した撮像ユニットを採用すると、ボンディングツール１２０の直下を斜め方向から観察できる。したがって、ボンディングツール１２０に半導体チップ３１０を保持させ、その載置予定領域の直上にボンディングツール１２０を移動させた状態でも、当該載置予定領域を俯瞰用撮像ユニットで観察することができる。すなわち、載置予定領域の直上にボンディングツール１２０を移動させてから、俯瞰用撮像ユニットが出力する俯瞰画像に基づいて半導体チップ３１０を載置する目標位置を決定することができる。すると、その状態から半導体チップ３１０を目標位置まで移動させればよいので、ヘッド部１１０やボンディングツール１２０の移動を大幅に抑制することができ、移動に伴う位置ずれの低減やリードタイムの短縮を実現できるようになった。
【0035】
しかし、シャインプルーフ光学系を採用する撮像ユニットは、光学系や撮像素子の配置上の特性から、光学系や撮像素子が周辺環境の温度変化に伴ってわずかに変位するだけで、出力画像が平面方向へ変位してしまうことがわかってきた。すなわち、周辺環境の温度により、像がシフトしてしまうことがわかってきた。このような現象は、俯瞰画像に基づいて半導体チップ３１０を載置する目標位置を決定する場合に、その目標位置に誤差を生じさせ、当該半導体チップを本来の目標位置へ精度よくボンディングすることを妨げる結果を招いてしまう。特に、半導体チップ３１０を加熱するヒータ１２４がボンディングツール１２０に備え付けられているような場合には、シャインプルーフ光学系周りの温度変化が大きくなる。また、基板上にボンディングした半導体チップの上に更に別の半導体チップを重ねてボンディングするいわゆるスタックドダイ実装や２．５次元実装においては、それぞれの半導体チップを載置する載置面の高さが変化する。このような場合には、その高さごとに生じる誤差量が異なるという課題も明らかになってきた。
【0036】
そこで、本実施形態においては、周辺環境の温度変化が想定される所定のタイミングで較正処理を実行すると共に、ボンディング処理では、これから実装しようとする半導体チップ３１０の載置予定領域の領域面（第１領域面３３０ａまたは第２領域面３３０ｂ）の高さを較正指標１７３の指標面１７３ａの高さに揃えることにより、較正処理によって得られた較正値を、いずれの層に積層する半導体チップ３１０の目標位置認識に対しても適用できるようにする。以下に、較正処理とボンディング処理を順に説明する。
【0037】
較正処理は、較正制御部２１３が実行を担う。較正制御部２１３は、まず、第１撮像ユニット１３０、第２撮像ユニット１４０および第３撮像ユニット１５０に較正指標１７３を撮像させる。図４は、３つの撮像ユニットが較正指標１７３を撮像する様子を示す図である。
【0038】
図示するように、較正制御部２１３は、較正処理を開始するにあたり、駆動制御部２１２を介して指標駆動モータ１７１を駆動することにより、指標プレート１７２を第３撮像ユニット１５０の視野内へ移動させる。指標プレート１７２が第３撮像ユニット１５０の視野内へ移動されると、指標プレート１７２に設けられた較正指標１７３が第３撮像ユニット１５０の視野のほぼ中心に位置すると共に、その指標面１７３ａと第３撮像ユニット１５０の焦点面１５０ａが同一面となる。
【0039】
較正制御部２１３は、続いて、駆動制御部２１２を介してヘッド駆動モータ１１１を駆動することにより、俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａが指標面１７３ａと一致するように、かつボンディングツール１２０の直下に較正指標１７３が位置するようにヘッド部１１０を移動させる。なお、ボンディングツール１２０は、俯瞰用撮像ユニットの視野に入り込まない位置へ退避されている。
【0040】
このようにそれぞれが配置された状態で、較正制御部２１３は、画像取得部２１１を介して、第１撮像ユニット１３０から第１俯瞰画像を、第２撮像ユニット１４０から第２俯瞰画像を、第３撮像ユニット１５０から仰視画像を取得する。そして、第１俯瞰画像と第２俯瞰画像にそれぞれ写り込む較正指標１７３の像の画像座標から、較正指標１７３の三次元座標（Ｘｈｒ，Ｙｈｒ，Ｚｈｒ）を算出する。また、仰視画像に写り込む較正指標１７３の像の画像座標から、較正指標１７３の三次元座標（Ｘｓｒ，Ｙｓｒ，Ｚｓｒ）を算出する。もし、俯瞰用撮像ユニットが周辺環境の温度変化の影響を受けておらず、ボンディング装置１００の初期状態において撮像ユニット間の座標が正しく調整された状態を保っているのであれば、少なくともＸｈｒ＝Ｘｓｒ、Ｙｈｒ＝Ｙｓｒとなるはずである。
【0041】
しかし、上述のように、ボンディング装置１００の使用を開始してしばらく経過すると、俯瞰画像から算出される三次元座標が周辺環境の温度変化の影響を受けて誤差を含むようになる。そこで、その誤差である（ΔＸ，ΔＹ）を較正値とする。具体的には、誤差は差分として表され、ΔＸ＝Ｘｓｒ－Ｘｈｒ、ΔＹ＝Ｙｓｒ－Ｙｈｒとすることができる。このように較正値を算出しておけば、その後に俯瞰用撮像ユニットがある観察対象を撮像してその俯瞰画像から算出した三次元座標が（Ｘｈｔ，Ｙｈｔ，Ｚｈｔ）であったとすると、較正値を加味して（Ｘｈｔ＋ΔＸ，Ｙｈｔ＋ΔＹ，Ｚｈｔ）と補正することができる。この補正された座標値は、仮に同じ観察対象を仰視用撮像ユニットで撮像できたとして、その場合に得られた仰視画像から算出される座標値に対して誤差がないと言える。
【0042】
較正制御部２１３は、このように算出した較正値を、較正データ２２１として記憶部２２０に記憶する。較正データ２２１は、さらに周辺環境の温度が変化している可能性があり再度の較正処理が必要であると評価されるまで、後述するボンディング処理において参照される。換言すれば、再度の較正処理が必要であると評価されると、較正制御部２１３は、上述の処理を繰り返して較正値を更新する。
【0043】
再度の較正処理が必要であると評価される例としては、ボンディング制御部２１４が予め設定されたロット分の半導体チップ３１０のボンディングを完了するタイミングが考えられる。具体的には、チップ供給装置５００に新たなロットの半導体チップ３１０が供給されるタイミングに合わせて、較正制御部２１３が較正処理を実行するようにしてもよい。また、ボンディング制御部２１４が実行するボンディング作業の作業時間を目安としてもよい。例えば、６０分間継続してボンディング作業を実行した場合に較正処理を実行すると定めることができる。さらには、ヘッド部１１０に俯瞰用撮像ユニットの温度を検出する温度検出部を設けておき、当該温度検出部が予め設定された温度を検出したタイミングであってもよい。具体的には、複数の温度を予め設定しておき、周辺温度が当該温度を跨いで変動したことが検出された場合に較正処理を実行する。このように較正値を更新すれば、ボンディング処理を継続する期間に亘って、俯瞰画像から算出される座標値の誤差を一定範囲に抑制することが可能となる。
【0044】
ボンディング処理は、ボンディング制御部２１４が実行を担う。ボンディング制御部２１４は、まず、対象となる半導体チップ３１０を拾得する。図５は、ボンディングツール１２０が第１半導体チップ３１０ａを拾得する様子を示す図である。
【0045】
ボンディング制御部２１４は、駆動制御部２１２を介してヘッド駆動モータ１１１を駆動することによりヘッド部１１０をチップ供給装置５００の上部へ移動させ、ツール駆動モータ１２１を駆動することによりボンディングツール１２０を降下させる。これに並行して、ピックアップ機構５１０は、チップ供給装置５００に載置された半導体チップ３１０のうち、ボンディング対象となる第１半導体チップ３１０ａの一つを反転機構５２０へ向けて押し上げ、反転機構５２０は、当該第１半導体チップ３１０ａを吸着して反転させる。そして、降下されたボンディングツール１２０は、当該第１半導体チップ３１０ａをコレット１２２によって吸着して拾得し、ボンディングツール１２０を上昇させる。
【0046】
ボンディング制御部２１４は、指標プレート１７２が第３撮像ユニット１５０の視野内に位置する場合には、ボンディングツール１２０が第１半導体チップ３１０ａを拾得する作業に前後して、指標プレート１７２を第３撮像ユニット１５０の視野から退避させる。具体的には、ボンディング制御部２１４は、駆動制御部２１２を介して指標駆動モータ１７１を駆動することにより指標プレート１７２を移動する。
【0047】
ボンディング制御部２１４は、次に、ボンディングツール１２０が吸着した第１半導体チップ３１０ａを第３撮像ユニット１５０に撮像させる。図６は、第３撮像ユニット１５０がボンディングツール１２０に吸着された第１半導体チップ３１０ａを撮像すると共に、第１半導体チップ３１０ａを載置する載置予定領域の領域面である第１領域面３３０ａの高さを指標面１７３ａの高さに調整する様子を示す図である。
【0048】
ボンディング制御部２１４は、駆動制御部２１２を介してヘッド駆動モータ１１１を駆動することにより、俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａが指標面１７３ａと同一の高さになるように、かつボンディングツール１２０の直下に第３撮像ユニット１５０が位置するようにヘッド部１１０を移動させる。そして、ツール駆動モータ１２１を駆動することにより、保持している第１半導体チップ３１０ａのうちリードフレーム３３０の載置予定領域への接触予定面が指標面１７３ａと同一の高さとなるように、ボンディングツール１２０を降下させる。なお、当該接触予定面は、第１半導体チップ３１０ａの実装面を含む。このような配置の調整が完了したら、ボンディング制御部２１４は、画像取得部２１１を介してボンディングツール１２０に保持された第１半導体チップ３１０ａの接触予定面を第３撮像ユニット１５０に撮像させる。なお、第１半導体チップ３１０ａの接触予定面は、コレット１２２に吸着された面とは反対側の面であり、第３撮像ユニット１５０に対向する面である。
【0049】
ボンディング制御部２１４は、第３撮像ユニット１５０に第１半導体チップ３１０ａの接触予定面を撮像させる処理に前後して、駆動制御部２１２を介してステージ駆動モータ１９１を駆動することにより、ステージ１９０の位置を調整する。具体的には、第１半導体チップ３１０ａの載置予定領域の領域面である第１領域面３３０ａが指標面１７３ａと同一の高さになるように調整する。例えば、リードフレーム３３０の厚さは既知であるので、ボンディング制御部２１４は、ステージ面１９０ａを指標面１７３ａの高さからリードフレーム３３０の厚さを差し引いたＺ＝Ｚ１へ移動させればよい。
【0050】
なお、第１領域面３３０ａが指標面１７３ａと同一の高さに既に調整されているのであれば、ボンディング制御部２１４は、ステージ１９０の位置調整をスキップする。また、ステージ１９０の位置調整は、ボンディング制御部２１４が第１半導体チップ３１０ａを載置予定領域に載置する作業を開始するまでに実行すればよい。
【0051】
図７は、第３撮像ユニット１５０がボンディングツール１２０に保持された第１半導体チップ３１０ａを撮像して出力した仰視画像を模式的に示す図である。なお、図中の各被写体像には、そのまま対応する被写体の符番を付して説明する。
【0052】
上述のように、ボンディングツール１２０は、チップ供給装置５００で準備された半導体チップ３１０（第１半導体チップ３１０ａ、第２半導体チップ３１０ｂ）をコレット１２２で吸着することにより拾得され、保持される。このとき、ボンディングツール１２０は、半導体チップ３１０の中心を予め設定された向きで吸着しようとするが、実際にはこれらに対してずれを含んで吸着することもある。そこで、ボンディング制御部２１４は、半導体チップ３１０が実際にどのような位置にどのような向きで保持されているかを確認し、当該半導体チップ３１０をリードフレーム３３０へ載置するための基準位置を認識する。
【0053】
図７に示す仰視画像は、第３撮像ユニット１５０が第１半導体チップ３１０ａを見上げるように撮像した画像であるので、第１半導体チップ３１０ａを保持するコレット１２２も写り込んでいる。そこで、ボンディング制御部２１４は、コレット１２２の輪郭である円を検出することにより、コレット中心１２３の画像座標を算出する。
【0054】
また、本実施形態における第１半導体チップ３１０ａはリードフレーム３３０への接触予定面にチップ基準マーク３１１ａが設けられており、ボンディング制御部２１４は、仰視画像に写り込んでいるチップ基準マーク３１１ａの画像座標を算出する。このように算出したコレット中心１２３の画像座標とチップ基準マーク３１１ａの画像座標から、ボンディング制御部２１４は、第１半導体チップ３１０ａがコレット１２２に対して実際にどのような位置にどのような向きで保持されているかを認識できる。例えば、チップ基準マーク３１１ａが設けられている位置が第１半導体チップ３１０ａをリードフレーム３３０の載置予定領域へ載置するための基準位置だとすれば、ボンディング制御部２１４は、仰視画像を撮像した時点における第１半導体チップ３１０ａの基準位置の三次元座標を算出できる。したがって、その後にボンディングツール１２０やヘッド部１１０が移動されても、コレット１２２が当該第１半導体チップ３１０ａを保持し続ける限り、基準位置の三次元座標を追跡することができる。
【0055】
ボンディング制御部２１４は、基準位置の三次元座標を認識したら、ツール駆動モータ１２１を駆動することにより、保持している第１半導体チップ３１０ａが俯瞰用撮像ユニットの視野から退避する位置までボンディングツール１２０を上昇させる。そして、ヘッド駆動モータ１１１を駆動することにより、ボンディングツール１２０が、これから第１半導体チップ３１０ａを載置する載置予定領域であるダイパッドの直上となるように、かつ俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａが第１領域面３３０ａと一致するようにヘッド部１１０を移動させる。なお、ボンディングツール１２０の上昇とヘッド部１１０の移動は、並列して行っても構わない。
【0056】
図８は、ヘッド部１１０とボンディングツール１２０がそのように配置された状態で、第１撮像ユニット１３０と第２撮像ユニット１４０がリードフレーム３３０上の載置予定領域を撮像する様子を示す図である。また、図９は、図８の部分斜視図である。本実施形態におけるリードフレーム３３０は、将来的に切り出されて一つのパッケージに収められる単位領域３２２のそれぞれに、一つのダイパッド３２０を有する。図示するダイパッド３２０は、第１半導体チップ３１０ａが載置される載置予定領域である。また、それぞれの単位領域３２２には、その基準位置を示すパッド基準マーク３２１が設けられている。
【0057】
図８および図９のように配置された状態において、第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０はそれぞれ、同一の単位領域３２２に含まれるダイパッド３２０とパッド基準マーク３２１を視野内に捉えて合焦状態で撮像することができる。ボンディング制御部２１４は、第１撮像ユニット１３０が出力する第１俯瞰画像と第２撮像ユニット１４０が出力する第２俯瞰画像とを用いて、第１半導体チップ３１０ａをダイパッド３２０に載置するときにその基準位置を合致させるべき目標位置の座標を算出する。
【0058】
図１０は、第１俯瞰画像および第２俯瞰画像から第１半導体チップ３１０ａを載置する目標座標を算出するまでの手順を示す図である。第１撮像ユニット１３０は、ダイパッド３２０に対してパッド基準マーク３２１側からこれらを撮像するので、その出力画像である第１俯瞰画像には、単位領域３２２がパッド基準マーク３２１側に拡がった台形状に写り込む。逆に第２撮像ユニット１４０は、ダイパッド３２０に対してパッド基準マーク３２１の反対側からこれらを撮像するので、その出力画像である第２俯瞰画像には、単位領域３２２がパッド基準マーク３２１側に狭まった台形状に写り込む。
【0059】
ボンディング制御部２１４は、第１俯瞰画像からパッド基準マーク３２１の画像座標（ｘ１ｋ，ｙ１ｋ）を決定し、また、第２俯瞰画像からパッド基準マーク３２１の画像座標（ｘ２ｋ，ｙ２ｋ）を決定する。そして、例えば画像座標を三次元座標に変換する変換テーブルを参照することにより、これらの画像座標からパッド基準マーク３２１の三次元座標である指標座標（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）を算出する。この指標座標の座標値は、精確な目標位置を算出するための仮目標位置であり、上述のように周辺環境の温度変化の影響を受けて誤差を含むものである。そこで、較正データ２２１から較正値（ΔＸ，ΔＹ）を読み出して補正する。このようにして得られた補正後の指標座標（Ｘｋ＋ΔＸ，Ｙｋ＋ΔＹ，Ｚｋ）の座標値は、仰視画像から算出される空間座標に対して誤差がないものと期待し得る。
【0060】
予め設定されたダイパッド３２０の目標位置とパッド基準マーク３２１の相対位置は既知であるので、ボンディング制御部２１４は、補正された指標座標（Ｘｋ＋ΔＸ，Ｙｋ＋ΔＹ，Ｚｋ）から目標位置の座標（ＸＴａ，ＹＴａ，ＺＴａ）を精確に算出することができる。
【0061】
目標位置の座標が確定したら、第１半導体チップ３１０ａを当該目標位置へ載置してボンディングする。図１１は、ボンディングツール１２０が第１半導体チップ３１０ａを目標位置へ載置してボンディングする様子を示す図である。
【0062】
ボンディング制御部２１４は、上述のように、ボンディングツール１２０やヘッド部１１０の移動に対して第１半導体チップ３１０ａの基準位置の三次元座標を追跡して把握しており、この基準位置がダイパッド３２０の目標位置に合致するように、第１半導体チップ３１０ａを移動させる。具体的には、駆動制御部２１２を介してヘッド駆動モータ１１１を駆動することによりヘッド部１１０のＸＹ方向の位置を微調整し、ツール駆動モータ１２１を駆動することによりボンディングツール１２０のＺ軸周りの回転量を微調整する。そして、基準位置のＸ座標およびＹ座標と目標位置のＸ座標およびＹ座標がそれぞれ一致した状態でボンディングツール１２０を下降させ、第１半導体チップ３１０ａをダイパッド３２０上に載置する。その後、第１半導体チップ３１０ａをコレット１２２の先端部で加圧しつつ、ヒータ１２４で加熱して、ダイパッド３２０に接着する。
【0063】
本実施形態においては、上述のように、較正値を算出したときのヘッド部１１０のＺ方向の位置は、俯瞰用撮像ユニットがチップ基準マーク３１１ａを撮像するときのヘッド部１１０のＺ方向の位置と同じである。また、図６および図７を用いて説明したように、コレット１２２に保持された第１半導体チップ３１０ａの接触予定面を、較正処理を実行した指標面１７３ａと高さを揃えてチップ基準マーク３１１ａの三次元座標を算出している。そして、第１領域面３３０ａを、較正処理を実行した指標面１７３ａの高さに一致させている。すなわち、較正値を取得したとき、チップ基準マーク３１１ａの三次元座標を算出したとき、第１半導体チップ３１０ａをダイパッド３２０に載置するときのそれぞれにおけるヘッド部１１０のＺ方向の位置は、いずれも同じである。
【0064】
したがって、ヘッド部１１０やボンディングツール１２０をＺ方向に移動した場合に生じ得る、実際の三次元座標と認識した三次元座標のＸＹ方向に対する誤差を考慮する必要がない。例えば、図８の状態ではボンディングツール１２０は第１半導体チップ３１０ａを保持して俯瞰用撮像ユニットの視野から退避しているが、この状態における実際の基準位置のＸ座標およびＹ座標は、ボンディングツール１２０を上下させる移動機構の要素間のあそび等の影響により、ボンディング制御部２１４が認識しているＸ座標およびＹ座標とは一致しない場合もある。しかし、図１１のように第１半導体チップ３１０ａを第１領域面３３０ａに載置するときのボンディングツール１２０高さは、チップ基準マーク３１１ａの三次元座標を算出したときのボンディングツール１２０高さと同一となり、移動機構による誤差要因が除去される。つまり、第１半導体チップ３１０ａを第１領域面３３０ａに載置するときの実際の基準位置のＸ座標およびＹ座標は、ボンディング制御部２１４が認識しているＸ座標およびＹ座標と一致することになる。したがって、本実施形態においては、第１半導体チップ３１０ａをダイパッド３２０へ載置、接着する場合には、第１領域面３３０ａの高さを指標面１７３ａの高さに一致させている。
【0065】
図１２は、ボンディングツール１２０が退避する様子を示す図である。図示するように半第１半導体チップ３１０ａのボンディングが完了したら、ボンディング制御部２１４は、駆動制御部２１２を介してツール駆動モータ１２１を駆動することにより、ボンディングツール１２０を上昇させる。
【0066】
ボンディング制御部２１４は、続いて、第２半導体チップ３１０ｂをボンディングが完了した第１半導体チップ３１０ａに積層してボンディングする処理を開始する。ボンディング制御部２１４は、図５を示して説明した第１半導体チップ３１０ａの拾得と同様に、チップ供給装置５００に載置された半導体チップ３１０のうち、ボンディング対象となる第２半導体チップ３１０ｂの一つをピックアップ機構５１０と反転機構５２０により反転させ、これをコレット１２２によって吸着して拾得する。
【0067】
図１３は、第３撮像ユニット１５０がボンディングツール１２０に吸着された第２半導体チップ３１０ｂを撮像すると共に、第２半導体チップ３１０ｂを載置する載置予定領域の領域面である第２領域面３３０ｂの高さを指標面１７３ａの高さに調整する様子を示す図である。
【0068】
ボンディング制御部２１４は、駆動制御部２１２を介してヘッド駆動モータ１１１を駆動することにより、俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａが指標面１７３ａと同一の高さになるように、かつボンディングツール１２０の直下に第３撮像ユニット１５０が位置するようにヘッド部１１０を移動させる。そして、ツール駆動モータ１２１を駆動することにより、保持している第２半導体チップ３１０ｂのうち積層対象である第１半導体チップ３１０ａの載置予定領域への接触予定面が指標面１７３ａと同一の高さとなるように、ボンディングツール１２０を降下させる。なお、当該接触予定面は、第２半導体チップ３１０ｂの実装面を含む。このような配置の調整が完了したら、ボンディング制御部２１４は、画像取得部２１１を介してボンディングツール１２０に保持された第２半導体チップ３１０ｂの接触予定面を第３撮像ユニット１５０に撮像させる。なお、第２半導体チップ３１０ｂの接触予定面は、コレット１２２に吸着された面とは反対側の面であり、第３撮像ユニット１５０に対向する面である。
【0069】
ボンディング制御部２１４は、第３撮像ユニット１５０に第２半導体チップ３１０ｂの接触予定面を撮像させる処理に前後して、駆動制御部２１２を介してステージ駆動モータ１９１を駆動することにより、ステージ１９０の位置を調整する。具体的には、第２半導体チップ３１０ｂの載置予定領域の領域面である第２領域面３３０ｂが指標面１７３ａと同一の高さになるように調整する。例えば、リードフレーム３３０および第１半導体チップ３１０ａのそれぞれの厚さは既知であるので、ボンディング制御部２１４は、ステージ面１９０ａを指標面１７３ａの高さからリードフレーム３３０の厚さと第１半導体チップ３１０ａの厚さを差し引いたＺ＝Ｚ２へ移動させればよい。
【0070】
なお、第２領域面３３０ｂが指標面１７３ａと同一の高さに既に調整されているのであれば、ボンディング制御部２１４は、ステージ１９０の位置調整をスキップする。また、ステージ１９０の位置調整は、ボンディング制御部２１４が第２半導体チップ３１０ｂを載置予定領域に載置する作業を開始するまでに実行されればよい。
【0071】
図１４は、第３撮像ユニット１５０がボンディングツール１２０に保持された第２半導体チップ３１０ｂを撮像して出力した仰視画像を模式的に示す図である。ボンディング制御部２１４は、第１半導体チップ３１０ａの場合と同様に、第２半導体チップ３１０ｂについてもコレット１２２に対する吸着位置と向きを確認し、当該第２半導体チップ３１０ｂを第１半導体チップ３１０ａへ載置するための基準位置を認識する。
【0072】
ボンディング制御部２１４は、コレット１２２の輪郭である円を検出することにより、コレット中心１２３の画像座標を算出する。また、本実施形態における第２半導体チップ３１０ｂは第１半導体チップ３１０ａへの接触予定面にチップ基準マーク３１１ｂが設けられており、ボンディング制御部２１４は、仰視画像に写り込んでいるチップ基準マーク３１１ｂの画像座標を算出する。このように算出したコレット中心１２３の画像座標とチップ基準マーク３１１ｂの画像座標から、ボンディング制御部２１４は、第２半導体チップ３１０ｂがコレット１２２に対して実際にどのような位置にどのような向きで保持されているかを認識できる。したがって、その後にボンディングツール１２０やヘッド部１１０が移動されても、コレット１２２が当該第２半導体チップ３１０ｂを保持し続ける限り、基準位置の三次元座標を追跡することができる。
【0073】
ボンディング制御部２１４は、基準位置の三次元座標を認識したら、ツール駆動モータ１２１を駆動することにより、保持している第２半導体チップ３１０ｂが俯瞰用撮像ユニットの視野から退避する位置までボンディングツール１２０を上昇させる。そして、ヘッド駆動モータ１１１を駆動することにより、ボンディングツール１２０が、これから第２半導体チップ３１０ｂを載置する載置予定領域である第１半導体チップ３１０ａの直上となるように、かつ俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａが第２領域面３３０ｂと一致するようにヘッド部１１０を移動させる。なお、ボンディングツール１２０の上昇とヘッド部１１０の移動は、並列して行っても構わない。
【0074】
図１５は、ヘッド部１１０とボンディングツール１２０がそのように配置された状態で、第１撮像ユニット１３０と第２撮像ユニット１４０が第１半導体チップ３１０ａ上の載置予定領域を撮像する様子を示す図である。このような状態において、第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０はそれぞれ、対象となる第１半導体チップ３１０ａ上の載置予定領域を視野内に捉えて合焦状態で撮像することができる。ボンディング制御部２１４は、第１撮像ユニット１３０が出力する第１俯瞰画像と第２撮像ユニット１４０が出力する第２俯瞰画像とを用いて、第２半導体チップ３１０ｂを第１半導体チップ３１０ａに載置するときにその基準位置を合致させるべき目標位置の座標を算出する。
【0075】
図１６は、第１俯瞰画像および第２俯瞰画像から第２半導体チップ３１０ｂを載置する目標座標を算出するまでの手順を示す図である。図示するように積層する第１半導体チップ３１０ａは既にリードフレーム３３０上の単位領域３２２内にボンディングされており、第１俯瞰画像、第２俯瞰画像には共に、第１半導体チップ３１０ａ上面において基準位置を示す積層基準マーク３２３が写り込んでいる。
【0076】
ボンディング制御部２１４は、第１俯瞰画像から積層基準マーク３２３の画像座標（ｘ１ｊ，ｙ１ｊ）を決定し、また、第２俯瞰画像から積層基準マーク３２３の画像座標（ｘ２ｊ，ｙ２ｊ）を決定する。そして、これらの画像座標からパッド基準マーク３２１の三次元座標である指標座標（Ｘｊ，Ｙｊ，Ｚｊ）を算出する。この指標座標の座標値は、精確な目標位置を算出するための仮目標位置であり、上述のように周辺環境の温度変化の影響を受けて誤差を含むものである。そこで、較正データ２２１から較正値（ΔＸ，ΔＹ）を読み出して補正する。このようにして得られた補正後の指標座標（Ｘｊ＋ΔＸ，Ｙｊ＋ΔＹ，Ｚｊ）の座標値は、仰視画像から算出される空間座標に対して誤差がないものと期待し得る。予め設定された第１半導体チップ３１０ａ上の目標位置と積層基準マーク３２３の相対位置は既知であるので、ボンディング制御部２１４は、補正された指標座標（Ｘｊ＋ΔＸ，Ｙｊ＋ΔＹ，Ｚｊ）から目標位置の座標（ＸＴｂ，ＹＴｂ，ＺＴｂ）を精確に算出することができる。
【0077】
目標位置の座標が確定したら、第２半導体チップ３１０ｂを当該目標位置へ載置してボンディングする。図１７は、ボンディングツール１２０が第２半導体チップ３１０ｂを第１半導体チップ３１０ａの目標位置へ載置してボンディングする様子を示す図である。
【0078】
ボンディング制御部２１４は、上述のように、ボンディングツール１２０やヘッド部１１０の移動に対して第２半導体チップ３１０ｂの基準位置の三次元座標を追跡して把握しており、この基準位置が第１半導体チップ３１０ａの目標位置に合致するように、第２半導体チップ３１０ｂを移動させる。具体的には、駆動制御部２１２を介してヘッド駆動モータ１１１を駆動することによりヘッド部１１０のＸＹ方向の位置を微調整し、ツール駆動モータ１２１を駆動することによりボンディングツール１２０のＺ軸周りの回転量を微調整する。そして、基準位置のＸ座標およびＹ座標と目標位置のＸ座標およびＹ座標がそれぞれ一致した状態でボンディングツール１２０を下降させ、第２半導体チップ３１０ｂを第１半導体チップ３１０ａ上に載置する。その後、第２半導体チップ３１０ｂをコレット１２２の先端部で加圧しつつ、ヒータ１２４で加熱して、第１半導体チップ３１０ａに接着する。
【0079】
本実施形態においては、上述のように、較正値を算出したときのヘッド部１１０のＺ方向の位置は、俯瞰用撮像ユニットがチップ基準マーク３１１ｂを撮像するときのヘッド部１１０のＺ方向の位置と同じである。また、図１３および図１４を用いて説明したように、コレット１２２に保持された第２半導体チップ３１０ｂの接触予定面を、較正処理を実行した指標面１７３ａと高さを揃えてチップ基準マーク３１１ｂの三次元座標を算出している。そして、第２領域面３３０ｂを、較正処理を実行した指標面１７３ａの高さに一致させている。すなわち、較正値を取得したとき、チップ基準マーク３１１ｂの三次元座標を算出したとき、第２半導体チップ３１０ｂを第１半導体チップ３１０ａに載置するときのそれぞれにおけるヘッド部１１０のＺ方向の位置は、いずれも同じである。
【0080】
したがって、ヘッド部１１０やボンディングツール１２０をＺ方向に移動した場合に生じ得る、実際の三次元座標と認識した三次元座標のＸＹ方向に対する誤差を考慮する必要がない。例えば、図１５の状態ではボンディングツール１２０は第２半導体チップ３１０ｂを保持して俯瞰用撮像ユニットの視野から退避しているが、この状態における実際の基準位置のＸ座標およびＹ座標は、ボンディングツール１２０を上下させる移動機構の要素間のあそび等の影響により、ボンディング制御部２１４が認識しているＸ座標およびＹ座標とは一致しない場合もある。しかし、図１７のように第２半導体チップ３１０ｂを第２領域面３３０ｂに載置するときのボンディングツール１２０高さは、チップ基準マーク３１１ｂの三次元座標を算出したときのボンディングツール１２０高さと同一となり、移動機構による誤差要因が除去される。つまり、第２半導体チップ３１０ｂを第２領域面３３０ｂに載置するときの実際の基準位置のＸ座標およびＹ座標は、ボンディング制御部２１４が認識しているＸ座標およびＹ座標と一致することになる。したがって、本実施形態においては、第２半導体チップ３１０ｂを第１半導体チップ３１０ａへ載置、接着する場合には、第２領域面３３０ｂの高さを指標面１７３ａの高さに一致させている。
【0081】
第２半導体チップ３１０ｂのボンディングが完了したら、ボンディング制御部２１４は、駆動制御部２１２を介してツール駆動モータ１２１を駆動することにより、ボンディングツール１２０を上昇させる。新たな半導体チップ３１０をボンディングする場合には、再び図５の状態へ戻して処理を繰り返す。なお、本実施形態においては、一つ目の第１半導体チップ３１０ａをダイパッド３２０へボンディングしたら、ステージ１９０の位置を調整し、当該第１半導体チップ３１０ａに第２半導体チップ３１０ｂを積層する工程を採用するが、処理工程はこれに限らない。例えば、リードフレーム３３０に設けられた複数のダイパッド３２０のそれぞれに、まず第１半導体チップ３１０ａを続けて実装し、その後ステージ１９０の位置を調整して、これら第１半導体チップ３１０ａのそれぞれに第２半導体チップ３１０ｂを順次実装するようにしてもよい。このような工程を採用すれば、ステージ１９０の位置調整を実行する回数を減らせるので、リードタイムの短縮が期待できる。
【0082】
次に、以上説明した較正処理とボンディング処理を含む全体のボンディング手順をフロー図に沿って纏める。図１８は、半導体チップ３１０のボンディング手順を説明するフロー図である。
【0083】
較正制御部２１３は、ステップＳ１１で、較正処理を行うべく較正制御ステップを開始する。詳しくは後にサブフローとして説明する。なお、撮像ユニット間の座標が正しく調整された初期状態からボンディング処理を開始する場合には、最初の較正制御ステップをスキップしても構わない。
【0084】
較正制御部２１３が較正制御ステップの実行を終えたら、ステップＳ１２へ進み、ボンディング制御部２１４は、ボンディング処理を行うべくボンディング制御ステップを開始する。詳しくは後にサブフローとして説明する。
【0085】
ボンディング制御部２１４がボンディング制御ステップの実行を終えたら、ステップＳ１３へ進み、較正制御部２１３は、その時点におけるボンディング装置１００の状態が予め設定された較正タイミングの条件を満たすか否かを判断する。予め設定される較正タイミングの条件は、再度の較正処理が必要と考え得る条件が設定される。例えば、上述のように、処理が完了したロット数や、ボンディング作業の作業時間、温度検出部によって検出される温度等が設定条件の候補となる。
【0086】
ステップＳ１３で、較正制御部２１３が条件を満たすと判断した場合には、ステップＳ１１へ戻る。満たさないと判断した場合には、ステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４へ進んだ場合は、ボンディング制御部２１４は、予定された全てのボンディング処理が完了したか否かを判断する。ボンディング処理すべき半導体チップ３１０が残っていると判断したらステップＳ１２へ戻り、すべてのボンディング処理が完了したと判断したら一連の処理を終了する。
【0087】
図１９は、較正制御ステップの手順を説明するサブフロー図である。較正制御ステップでは、主に、図４を用いて説明した処理を実行する。較正制御部２１３は、ステップＳ１１０１で、指標プレート１７２を移動して較正指標１７３を第３撮像ユニット１５０の視野中心へ投入する。続いてステップＳ１１０２で、較正制御部２１３は、較正指標１７３の指標面１７３ａが第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０の焦点面１１０ａと同一面になるように、かつボンディングツール１２０の直下に較正指標１７３が位置するようにヘッド部１１０を移動させる。
【0088】
較正制御部２１３は、ステップＳ１１０３へ進み、画像取得部２１１を介して各撮像ユニットに撮像を行わせ、第１撮像ユニット１３０から第１俯瞰画像を、第２撮像ユニット１４０から第２俯瞰画像を、第３撮像ユニット１５０から仰視画像を取得する。そして、続くステップＳ１１０４で、第１俯瞰画像と第２俯瞰画像にそれぞれ写り込む較正指標１７３の像の画像座標に基づいて較正指標１７３の三次元座標を算出し、仰視画像に写り込む較正指標１７３の像に基づいて較正指標１７３の三次元座標を算出する。較正制御部２１３は、このように算出されたそれぞれの三次元座標のうち、ＸＹ平面方向の差分を較正値として算出する。算出した較正値は、較正データ２２１として記憶部２２０へ記憶する。
【0089】
その後、較正制御部２１３は、ステップＳ１１０５で、指標プレート１７２を移動して較正指標１７３を第３撮像ユニット１５０の視野から退避させる。較正指標１７３の退避が完了したら、メインのフローへ戻る。なお、較正指標１７３の退避は、続くボンディング処理の中で行ってもよい。
【0090】
図２０は、ボンディング制御ステップの手順を説明するサブフロー図である。ボンディング制御ステップでは、主に、図５から図１７を用いて説明した処理を実行する。ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２０１で、カウンターｎに「１」を代入する。
【0091】
ステップＳ１２０２へ進み、ヘッド部１１０をチップ供給装置５００の上部へ移動させ、ボンディングツール１２０を降下させる。そして、チップ供給装置５００に載置された半導体チップ３１０のうち、第ｎ層として載置する第ｎ半導体チップをピックアップ機構５１０と反転機構５２０により反転させ、これをコレット１２２によって吸着して拾得する。例えばｎ＝１であれば、第１半導体チップ３１０ａを拾得する。第ｎ半導体チップを拾得したら、ボンディングツール１２０を上昇させる。
【0092】
ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２０３で、指標面１７３ａと第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０の焦点面１１０ａが同一面になるように、かつ、ボンディングツール１２０の直下に第３撮像ユニット１５０が位置するようにヘッド部１１０を移動させる。さらにステップＳ１２０４で、保持している第ｎ半導体チップのうち積層対象への接触予定面が指標面１７３ａと同一面になるように、ボンディングツール１２０を降下させる。
【0093】
このような配置の調整が完了したら、ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２０５で、ボンディングツール１２０に保持された第ｎ半導体チップの接触予定面を第３撮像ユニット１５０に撮像させる。そして、ステップＳ１２０６で、第３撮像ユニット１５０が出力した仰視画像を取得し、写り込んでいるチップ基準マークの画像座標等に基づいて第ｎ半導体チップの基準位置の三次元座標を認識する。
【0094】
ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２０７で、第ｎ領域面が指標面１７３ａと同一面になるようにステージ１９０の位置を調整する。例えばｎ＝１であれば、第１領域面３３０ａが指標面１７３ａと同一面になるように、ステージ面１９０ａをＺ＝Ｚ１へ移動させる。
【0095】
ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２０８で、保持している第ｎ半導体チップが俯瞰用撮像ユニットの視野から退避する位置までボンディングツール１２０を上昇させると共に、ボンディングツール１２０が、これから第ｎ半導体チップを載置する載置予定領域の直上となるようにヘッド部１１０を移動させる。続くステップＳ１２０９で、俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａが第ｎ領域面と一致するようにヘッド部１１０の高さを調整する。
【0096】
このような配置の調整が完了したら、ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２１０で、パッド基準マーク３２１や積層基準マーク３２３といった基準マークを含む載置予定領域付近を第１撮像ユニット１３０と第２撮像ユニット１４０に撮像させる。そして、第１撮像ユニット１３０が出力した第１俯瞰画像と第２撮像ユニット１４０が出力した第２俯瞰画像を取得し、ステップＳ１２１１で、写り込んでいる基準マークの画像座標および較正値等に基づいて目標位置の三次元座標を算出する。
【0097】
目標位置が確定したら、ステップＳ１２１２へ進み、ボンディング制御部２１４は、第ｎ半導体チップの基準位置が当該目標位置と合致するようにヘッド部１１０とボンディングツール１２０を移動させ、第ｎ半導体チップを載置予定領域に載置する。その後、第ｎ半導体チップを加圧／加熱し、ボンディングを完了させる。第ｎ半導体チップのボンディングが完了したら、ボンディングツール１２０を上昇させる。
【0098】
ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２１３へ進み、カウンターｎをインクリメントする。そして、ステップＳ１２１４で、インクリメント後のカウンターｎが予定積層総数ｎ０を上回ったか否かを確認する。上述の本実施形態においては、リードフレーム３３０上に第１層となる第１半導体チップ３１０ａをボンディングし、その上に第２層となる第２半導体チップ３１０ｂをボンディングするので、予定積層総数は「２」である。カウンターｎが予定積層総数ｎ０を上回っていなければステップＳ１２０２へ戻ってインクリメントされたｎに対応する第ｎ半導体チップのボンディングを実行する。カウンターｎが予定積層総数ｎ０を上回っていればメインのフローへ戻る。
【0099】
以上説明した本実施形態においては、較正処理とボンディング処理を分離し、ボンディング装置１００の状態が予め設定された較正タイミングの条件を満たす場合に較正処理を実行した。したがって、一度較正処理を実行したら算出した較正値を記憶部２２０に保持しておき、次に較正処理を実行するまでに行うボンディング処理では、当該較正値を毎回参照し続ける。しかし、較正処理を一連のボンディング処理に組み込み、それぞれの第ｎ半導体チップをボンディング処理するその処理工程中にその都度較正値を更新する処理手順であってもよい。そのような他の実施例について、以下に説明する。なお、以下の他の実施例においては、ボンディング装置の構成自体は上述の実施例と同様であるのでその説明を省略し、主に処理手順の異なる部分について説明する。
【0100】
図２１は、他の実施例において３つの撮像ユニットが較正指標１７３を撮像する様子を示す図である。本実施例においては、第ｎ半導体チップの拾得処理と、第３撮像ユニット１５０による第ｎ半導体チップの撮像処理の間に、較正値を算出する較正処理を実行する。
【0101】
図２２は、より具体的には、コレット１２２がボンディング対象となる第１半導体チップ３１０ａを保持しつつ、これらが俯瞰用撮像ユニットの視野から退避している様子を示している。コレット１２２が保持する第１半導体チップ３１０ａは、点線で示すように、この後にリードフレーム３３０上の載置予定領域に載置されてボンディングされる。なお、図においては、第１領域面３３０ａが指標面１７３ａと同一の高さになるようにステージ１９０の位置が調整されているが、ステージ１９０の位置調整は、ボンディング制御部２１４が第１半導体チップ３１０ａを載置予定領域に載置する作業を開始するまでに実行されればよい。
【0102】
その他の様子は、図４に示す３つの撮像ユニットが較正指標１７３を撮像する様子と同様である。具体的には、ヘッド部１１０の位置は、俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａと指標面１７３ａが同一の高さになるように調整されている。また、較正指標１７３は、それぞれの撮像ユニットの視野中心付近に配置されている。
【0103】
較正制御部２１３は、各撮像ユニットに撮像を行わせて得た第１俯瞰画像、第２俯瞰画像および仰視画像に基づいて、上述のように較正値を算出する。較正制御部２１３が較正値を算出したら、ボンディング制御部２１４は、引き続いてボンディングツール１２０を降下させ、図６を用いて説明した第３撮像ユニット１５０による第１半導体チップ３１０ａの撮像以降の処理を実行する。このように、ボンディング処理に同期して実行された較正処理において算出された較正値は、そのボンディング処理においてボンディングする第１半導体チップ３１０ａの位置合わせに限って利用される。
【0104】
第２半導体チップ３１０ｂをボンディング処理する場合も同様であり、第２半導体チップ３１０ｂの拾得処理と、第３撮像ユニット１５０による第２半導体チップ３１０ｂの撮像処理の間に、較正値を算出する較正処理を実行する。較正制御部２１３は、各撮像ユニットに撮像を行わせて得た第１俯瞰画像、第２俯瞰画像および仰視画像に基づいて較正値を算出したら、引き続いてボンディングツール１２０を降下させ、図１３を用いて説明した第３撮像ユニット１５０による第２半導体チップ３１０ｂの撮像以降の処理を実行する。このように、ボンディング処理に同期して実行された較正処理において算出された較正値は、そのボンディング処理においてボンディングする第２半導体チップ３１０ｂの位置合わせに限って利用される。
【0105】
このように、ボンディング制御部２１４が第３撮像ユニット１５０に第ｎ半導体チップを撮像させる処理に同期して較正制御部２１３が較正指標を撮像させ、較正値を更新すれば、較正値を算出した時点と当該較正値を用いる時点の時間間隔を短縮することができる。したがって、周辺環境の温度変化に対してより精確な位置合わせを実現することが期待できる。
【0106】
図２２は、この他の実施例における半導体チップのボンディング手順を説明するフロー図である。図１８から図２０を用いて説明した処理手順と同一の処理手順については、同じステップ番号を付すことによりその処理内容の具体的な説明を省略する。上述のように、本実施例は、較正処理を毎回のボンディング処理に組み込んだ処理手順であるので、主に処理の流れについて説明する。
【0107】
ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２０１で、カウンターｎに「１」を代入する。ステップＳ１２０２へ進み、チップ供給装置５００に載置された半導体チップ３１０のうち、第ｎ層として載置する第ｎ半導体チップをコレット１２２によって吸着して拾得する。ステップＳ１２０２に前後して、あるいはステップＳ１２０２と並行して、較正制御部２１３は、指標プレート１７２を移動して較正指標１７３を第３撮像ユニット１５０の視野中心へ投入するステップＳ１１０１を実行する。
【0108】
続いてステップＳ１２０３へ進み、較正制御部２１３は、指標面１７３ａと焦点面１１０ａが同一面になるように、かつ、ボンディングツール１２０の直下に較正指標１７３が位置するようにヘッド部１１０を移動させる。
【0109】
続くステップＳ１１０３で、較正制御部２１３は、第１撮像ユニット１３０、第２撮像ユニット１４０および第３撮像ユニット１５０に撮像を実行させ、さらにステップＳ１１０４で、較正値を算出する。較正値を算出したら、ステップＳ１１０５へ進み、較正指標１７３を各撮像ユニットの視野から退避させる。較正制御部２１３が較正指標１７３を退避させたら、続くステップＳ１２０４からステップＳ１２１２までは、図２０を用いて説明した処理手順と同様である。
【0110】
ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２１２からステップＳ１２１３へ進むと、カウンターｎをインクリメントする。そして、ステップＳ１２１４で、インクリメント後のカウンターｎが予定積層総数ｎ０を上回ったか否かを確認する。カウンターｎが予定積層総数ｎ０を上回っていなければステップＳ１２０２へ戻ってインクリメントされたｎに対応する第ｎ半導体チップのボンディングを実行する。カウンターｎが予定積層総数ｎ０を上回っていればステップＳ１４へ進む。
【0111】
ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１４へ進むと、予定された全てのボンディング処理が完了したか否かを判断する。ボンディング処理すべき半導体チップが残っていると判断したらステップＳ１２０１へ戻り、すべてのボンディング処理が完了したと判断したら一連の処理を終了する。
【0112】
以上説明した本実施形態においては、他の実施例も含め、ボンディング制御部２１４が、載置予定領域の領域面（例えば、第１領域面３３０ａ）と指標面１７３ａが同一の高さになるようにステージ１９０の位置を調整している。しかし、ステージ面１９０ａを基準としてステージ１９０の位置を調整すると、リードフレーム３３０や第１半導体チップ３１０ａの厚さのばらつきや接着剤の影響により、載置予定領域の高さは指標面１７３ａの高さと一致しない場合がある。そこで、このような課題に対応する変形例について説明する。
【0113】
【0114】
ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２１０で、載置予定領域付近を第１撮像ユニット１３０と第２撮像ユニット１４０に撮像させて２つの俯瞰画像を取得し、目標位置の仮の三次元座標を算出する。ボンディング制御部２１４は、ここで算出した仮の三次元座標のＺ座標値から載置予定領域の領域面の高さを認識できる。そこで、ステップＳ２３０１へ進み、較正制御ステップで実測された指標面１７３ａの高さに対して、領域面の高さが予め設定された許容範囲に収まっているか否かを判断する。収まっていなければ、ステップＳ２３０２へ進み、認識された領域面の高さに基づいて駆動制御部２１２を介してステージ駆動モータ１９１を駆動し、ステージ１９０の位置を再調整する。
【0115】
ボンディング制御部２１４は、ステージ１９０の位置を再調整したら、ステップＳ２３０３で再度載置予定領域付近を第１撮像ユニット１３０と第２撮像ユニット１４０に撮像させて２つの俯瞰画像を取得し、ステップＳ１２１０と同様に目標位置の仮の三次元座標を算出する。仮の三次元座標を算出したら再びステップＳ２３０１へ戻る。
【0116】
ステップＳ２３０１で領域面の高さが予め設定された許容範囲に収まっていると判断されれば、ステップＳ１２１１へ進む。ステップＳ１２１０とステップＳ１２１１の間にこのような追加手順を加えれば、目標位置の三次元座標をより精確に算出できる。
【0117】
以上説明した本実施形態においては、俯瞰用撮像ユニットが第１撮像ユニット１３０と第２撮像ユニット１４０の２つを含む構成であったが、俯瞰用撮像ユニットは、それぞれがシャインプルーフ光学系を採用する３つ以上の撮像ユニットを含むように構成してもよい。また、以上説明した本実施形態においては、第１俯瞰画像と第２俯瞰画像の視差を利用して対象物の三次元座標を算出したが、俯瞰用撮像ユニットを用いて三次元座標を算出する手法はこれに限らない。例えば、シャインプルーフ光学系を採用する俯瞰用撮像ユニットは１つとし、他の補助手段を用いるようにしても構わない。例えば、ヘッド部１１０にパターン投光が可能な投光部を設け、観察面で観察される投光パターンの形状を俯瞰用撮像ユニットが出力する俯瞰画像で解析することにより、対象物の三次元座標を算出するようにしてもよい。また、本実施形態においては、フリップチップボンダについて説明したが、これに限らずダイボンダ、電子部品を基板などに実装する表面実装機、その他の実装装置に適用することが可能である。
【符号の説明】
【0118】
１００…ボンディング装置、１１０…ヘッド部、１１０ａ…焦点面、１１１…ヘッド駆動モータ、１２０…ボンディングツール、１２１…ツール駆動モータ、１２２…コレット、１２３…コレット中心、１２４…ヒータ、１３０…第１撮像ユニット、１３１…第１光学系、１３１ａ…物側レンズ群、１３１ｂ…像側レンズ群、１３２…第１撮像素子、１３３…絞り、１４０…第２撮像ユニット、１４１…第２光学系、１４２…第２撮像素子、１５０…第３撮像ユニット、１５０ａ…焦点面、１５１…第３光学系、１５２…第３撮像素子、１７０…較正ユニット、１７１…指標駆動モータ、１７２…指標プレート、１７３…較正指標、１７３ａ…指標面、１９０…ステージ、１９０ａ…ステージ面、１９１…ステージ駆動モータ、２１０…演算処理部、２１１…画像取得部、２１２…駆動制御部、２１３…較正制御部、２１４…ボンディング制御部、２２０…記憶部、２２１…較正データ、２３０…入出力デバイス、３１０…半導体チップ、３１０ａ…第１半導体チップ、３１０ｂ…第２半導体チップ、３１１ａ…チップ基準マーク、３１１ｂ…チップ基準マーク、３２０…ダイパッド、３２１…パッド基準マーク、３２２…単位領域、３２３…積層基準マーク、３３０…リードフレーム、３３０ａ…第１領域面、３３０ｂ…第２領域面、５００…チップ供給装置、５１０…ピックアップ機構、５２０…反転機構
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
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【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】