特開 2024-72673 実装装置、実装方法および実装制御プログラム

(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】P2024072673

(43)【公開日】2024-05-28

(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 20060101AFI20240521BHJP

【ＦＩ】

H01L21/52 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022183647

(22)【出願日】2022-11-16

(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

(72)【発明者】

【氏名】関川 陽

【テーマコード（参考）】

5F047

【Ｆターム（参考）】

5F047FA08

5F047FA73

5F047FA79

5F047FA83

(57)【要約】

【課題】専用の検出ユニットを追加することなくステージ面または実装作業の対象となる作業平面の傾斜を検出することができ、実装処理の作業効率を向上させることができる実装装置等を提供する。
【解決手段】実装装置は、基準平面に平行な平面が焦点面となるようにそれぞれの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第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットと、実装作業を行う実装ツールとを支持するヘッド部をステージに対して変位させ、ステージ面または実装処理の対象である作業平面の複数箇所を第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットのそれぞれに撮像させて出力させた第１俯瞰画像および第２俯瞰画像に基づいて算出される当該複数箇所のそれぞれの高さ情報を用いて、ステージ面または作業平面の基準平面に対する傾斜を検出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

実装体を実装する基板を載置するステージと、
前記ステージに載置された前記基板および前記基板に既に実装された他の前記実装体の少なくともいずれかに対して実装作業を行う実装ツールと、
基準平面に平行な平面が焦点面となるようにそれぞれの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、前記実装作業を行う作業領域を俯瞰して撮像するための第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットと、
前記実装ツール、前記第１撮像ユニットおよび前記第２撮像ユニットを支持すると共に前記ステージに対して変位可能なヘッド部と、
前記ヘッド部を変位させ、前記ステージのステージ面または前記作業領域を包含する作業平面の複数箇所を前記第１撮像ユニットおよび前記第２撮像ユニットのそれぞれに撮像させて出力させた第１俯瞰画像および第２俯瞰画像に基づいて算出される前記複数箇所のそれぞれの高さ情報を用いて、前記ステージ面または前記作業平面の前記基準平面に対する傾斜を検出する検出部と
を備える実装装置。

【請求項2】

前記検出部が検出した前記傾斜に基づいて、前記ステージ面または前記作業平面が前記基準平面と平行になるように前記ステージを駆動する駆動制御部を備える請求項１に記載の実装装置。

【請求項3】

前記実装ツールを含む制御対象を制御することにより、前記実装体を前記作業領域へ実装させる実装制御部を備え、
前記検出部は、前記実装制御部が前記実装体を実装させる一連の作業において前記ステージ面または前記作業平面の特定箇所の面内座標を前記第１俯瞰画像および前記第２俯瞰画像に基づいて算出するときに、併せて算出される前記特定箇所の高さ座標を前記高さ情報として利用する請求項２に記載の実装装置。

【請求項4】

前記検出部は、前記実装制御部が前記ステージに対する前記基板の載置位置を確認する作業において算出された前記高さ座標を利用することにより前記傾斜を検出し、
前記駆動制御部は、前記実装制御部が前記実装体を前記作業領域へ載置する前に前記作業平面が前記基準平面と平行になるように前記ステージを駆動する請求項３に記載の実装装置。

【請求項5】

前記検出部は、前記実装制御部が３つ以上の前記実装体を実装させる間に算出されたそれぞれにおける前記作業平面の前記高さ座標を利用することにより前記傾斜を検出し、
前記駆動制御部は、前記実装体をさらに実装させる場合に前記作業領域へ載置する前に前記作業平面が前記基準平面と平行になるように前記ステージを駆動する請求項３に記載の実装装置。

【請求項6】

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第１撮像ユニットおよび前記第２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第３撮像ユニットと、
前記第１撮像ユニットおよび前記第２撮像ユニットのそれぞれが出力する前記第１俯瞰画像および前記第２俯瞰画像に基づいて算出される座標値と前記第３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、予め設定された較正指標を前記第１撮像ユニットおよび前記第２撮像ユニットにそれぞれ撮像させて出力させた前記第１俯瞰画像および前記第２俯瞰画像と前記較正指標を前記第３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と
を備え、
前記実装制御部は、前記作業平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第３撮像ユニットに前記実装体の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、前記指標面と同一の高さの前記作業平面に対して前記焦点面が同一の高さになるように前記第１撮像ユニットおよび前記第２撮像ユニットの位置を調整して前記第１撮像ユニットおよび前記第２撮像ユニットのそれぞれに前記作業領域を撮像させた第１俯瞰画像および第２俯瞰画像と前記較正値に基づいて前記作業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作業領域に載置させ、実装させる請求項３から５のいずれか１項に記載の実装装置。

【請求項7】

実装体を実装する基板を載置するステージと、前記ステージに載置された前記基板および前記基板に既に実装された他の前記実装体の少なくともいずれかに対して実装作業を行う実装ツールと、基準平面に平行な平面が焦点面となるようにそれぞれの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、前記実装作業を行う作業領域を俯瞰して撮像するための第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットと、前記実装ツール、前記第１撮像ユニットおよび前記第２撮像ユニットを支持すると共に前記ステージに対して変位可能なヘッド部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、
前記ヘッド部を変位させ、前記ステージのステージ面または前記作業領域を包含する作業平面の複数箇所を前記第１撮像ユニットおよび前記第２撮像ユニットのそれぞれに撮像させて出力させた第１俯瞰画像および第２俯瞰画像に基づいて算出される前記複数箇所のそれぞれの高さ情報を取得する取得ステップと、
前記高さ情報を用いて、前記ステージ面または前記作業平面の前記基準平面に対する傾斜を検出する検出ステップと
を有する実装方法。

【請求項8】

実装体を実装する基板を載置するステージと、前記ステージに載置された前記基板および前記基板に既に実装された他の前記実装体の少なくともいずれかに対して実装作業を行う実装ツールと、基準平面に平行な平面が焦点面となるようにそれぞれの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、前記実装作業を行う作業領域を俯瞰して撮像するための第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットと、前記実装ツール、前記第１撮像ユニットおよび前記第２撮像ユニットを支持すると共に前記ステージに対して変位可能なヘッド部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、
前記ヘッド部を変位させ、前記ステージのステージ面または前記作業領域を包含する作業平面の複数箇所を前記第１撮像ユニットおよび前記第２撮像ユニットのそれぞれに撮像させて出力させた第１俯瞰画像および第２俯瞰画像に基づいて算出される前記複数箇所のそれぞれの高さ情報を取得する取得ステップと、
前記高さ情報を用いて、前記ステージ面または前記作業平面の前記基準平面に対する傾斜を検出する検出ステップと
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】

半導体チップを基板へ実装する実装装置において、実装対象である基板を基準面と平行に保つことは、半導体チップを精度よく目標位置へ実装する上で重要である。例えば、実装時にはんだ接合部の接合まで行うＴＣＢ工法においては、接合面の水平維持がはんだギャップのコントロールに大きな影響を及ぼす。半導体チップの実装装置に限らず、広く半導体処理装置においてステージの水平調整は重要であり、例えばレーザ光をステージに照射して水平調整を行う技術が普及している（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００－１１４１４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

レーザ光照射ユニットは、ステージの水平調整のために専用に設けられ、装置構成を複雑にする。また、レーザ光照射ユニットを用いたステージの水平調整は、半導体チップを基板へ実装する実装処理とは別個に実施されるので、作業効率を下げる原因ともなっていた。

【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、専用の検出ユニットを追加することなくステージ面または実装作業の対象となる作業平面の傾斜を検出することができ、実装処理の作業効率を向上させることが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、実装体を実装する基板を載置するステージと、ステージに載置された基板および基板に既に実装された他の実装体の少なくともいずれかに対して実装作業を行う実装ツールと、基準平面に平行な平面が焦点面となるようにそれぞれの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、実装作業を行う作業領域を俯瞰して撮像するための第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットと、実装ツール、第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットを支持すると共にステージに対して変位可能なヘッド部と、ヘッド部を変位させ、ステージのステージ面または作業領域を包含する作業平面の複数箇所を第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットのそれぞれに撮像させて出力させた第１俯瞰画像および第２俯瞰画像に基づいて算出される複数箇所のそれぞれの高さ情報を用いて、ステージ面または作業平面の基準平面に対する傾斜を検出する検出部とを備える。

【0007】

また、本発明の第２の態様における実装方法は、実装体を実装する基板を載置するステージと、ステージに載置された基板および基板に既に実装された他の実装体の少なくともいずれかに対して実装作業を行う実装ツールと、基準平面に平行な平面が焦点面となるようにそれぞれの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、実装作業を行う作業領域を俯瞰して撮像するための第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットと、実装ツール、第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットを支持すると共にステージに対して変位可能なヘッド部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、ヘッド部を変位させ、ステージのステージ面または作業領域を包含する作業平面の複数箇所を第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットのそれぞれに撮像させて出力させた第１俯瞰画像および第２俯瞰画像に基づいて算出される複数箇所のそれぞれの高さ情報を取得する取得ステップと、高さ情報を用いて、ステージ面または作業平面の基準平面に対する傾斜を検出する検出ステップとを有する。

【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、実装体を実装する基板を載置するステージと、ステージに載置された基板および基板に既に実装された他の実装体の少なくともいずれかに対して実装作業を行う実装ツールと、基準平面に平行な平面が焦点面となるようにそれぞれの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、実装作業を行う作業領域を俯瞰して撮像するための第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットと、実装ツール、第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットを支持すると共にステージに対して変位可能なヘッド部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、ヘッド部を変位させ、ステージのステージ面または作業領域を包含する作業平面の複数箇所を第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットのそれぞれに撮像させて出力させた第１俯瞰画像および第２俯瞰画像に基づいて算出される複数箇所のそれぞれの高さ情報を取得する取得ステップと、高さ情報を用いて、ステージ面または作業平面の基準平面に対する傾斜を検出する検出ステップと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、専用の検出ユニットを追加することなくステージ面または実装作業の対象となる作業平面の傾斜を検出することができ、実装処理の作業効率を向上させることが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撮像ユニットが半導体チップを撮像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撮像ユニットがリードフレームを撮像する様子を示す図である。

【図9】図８の部分斜視図である。

【図10】第１俯瞰画像および第２俯瞰画像から半導体チップ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11】ボンディングツールが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】基準平面に対するフレーム面の傾斜を検出する検出原理を説明する図である。

【図14】フレーム面の平行調整を行っている様子を示す図である。

【図15】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16】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17】実装制御ステップの手順を説明するサブフロー図である。

【図18】平行調整ステップの手順を説明するサブフロー図である。

【図19】第１の応用例を説明するためのフリップチップボンダの部分斜視図である。

【図20】第２の応用例を説明するためのワイヤボンダの部分斜視図である。

【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、主に実装装置の一例としてのボンディング装置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。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半導体チップ３１０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の目標位置へ載置して接着する装置である。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。すなわち、ヘッド部１１０は、ステージ１９０に対して変位可能である。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１２０は、コレット１２２によって吸着した半導体チップ３１０をステージ１９０に載置されたリードフレーム３３０のフレーム面３３０ａに設定された所定位置に載置し、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、基準平面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。本実施形態において基準平面は水平面である。いずれの平面を基準平面とするかは、実装装置の性質やその利用状況に応じて定められる。

【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、第１光学系１３１と第１撮像素子１３２と同様に、基準平面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を、仰視して撮像するための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。

【0018】

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。また、焦点面１５０ａは、リードフレーム３３０のフレーム面３３０ａと一致するように設定されている。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。したがって、焦点面１５０ａをフレーム面３３０ａに一致させる設置調整は、被写界深度Ｄ_Pの範囲であればずれが許容される。また、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。

【0019】

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。なお、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。

【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。較正指標１７３が第３撮像ユニット１５０の視野中心付近へ移動されると、指標面１７３ａは、リードフレーム３３０のフレーム面３３０ａおよび第３撮像ユニット１５０の焦点面１５０ａと同一面となる。

【0021】

ステージ１９０は、架台１８０上に設置され、ステージ駆動モータ１９１を駆動させることにより架台１８０に対する高さと傾斜を所定範囲で調整することができる。高さの調整は、ステージ１９０のステージ面１９０ａをＺ軸方向へ移動させる調整であり、傾斜の調整は、ステージ１９０のステージ面１９０ａをＸ軸周りおよびＹ軸周りに回動させる調整である。

【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Ｚ軸方向へ移動させＸ軸周りおよびＹ軸周りに回動させる。

【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、実装制御部２１４、検出部２１５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を目標状態へ変位させる。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。実装制御部２１４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、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。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。

【0030】

検出部２１５は、ヘッド部１１０を変位させ、ステージ面１９０ａまたはフレーム面３３０ａなどの作業平面の複数箇所を第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０のそれぞれに撮像させて出力させた第１俯瞰画像および第２俯瞰画像に基づいて算出される当該複数箇所のそれぞれの高さ情報を用いて、ステージ面または作業平面の基準平面に対する傾斜を検出する。較正制御部２１３、実装制御部２１４、検出部２１５の具体的な制御や処理については後に詳述する。

【0031】

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。

【0032】

図３において、平面Ｓ₁は、基準平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。

【0033】

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Ｄ_Pを調整することができる。したがって、実装作業を行う対象作業領域がこの被写界深度内に位置すれば、当該作業領域を合焦状態で撮像することができる。

【0034】

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、対象作業領域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、対象作業領域を共に合焦状態で撮像することができる。

【0035】

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、その載置予定領域であるダイパッドの直上にボンディングツール１２０移動させた状態でも、当該ダイパッド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、載置予定領域であるダイパッド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。

【0036】

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、光学系や撮像素子が周辺環境の温度変化に伴って変位すると、出力画像が平面方向へ変位しやすいことがわかってきた。すなわち、周辺環境の温度変化により、像がシフトする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得る。したがって、より高精度に当該半導体チップを目標位置へボンディングしたい場合には、このような誤差を吸収する補償処理を実行するとよい。具体的には、例えば周辺環境の温度変化が想定される所定のタイミングで、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を算出する較正処理を実行する。そして、半導体チップ３１０をリードフレーム３３０の目標位置にボンディングする実装処理においては、算出しておいた較正値を用いて精確な目標位置を決定する。以下に、較正処理と実装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は、固定された第３撮像ユニット１５０の視野に対してほぼ中心に位置する。

【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（Ｘ_hr，Ｙ_hr，Ｚ_hr）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（Ｘ_sr，Ｙ_sr，Ｚ_sr）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Ｘ_hr＝Ｘ_sr、Ｙ_hr＝Ｙ_sr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＝Ｘ_sr－Ｘ_hr、ΔＹ＝Ｙ_sr－Ｙ_hr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（Ｘ_ht，Ｙ_ht，Ｚ_ht）であったとすると、較正値を加味して（Ｘ_ht＋ΔＸ，Ｙ_ht＋ΔＹ，Ｚ_ht）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、後述する実装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、実装制御部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、実装制御部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、実装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】

実装処理は、実装制御部２１４が実行を担う。実装制御部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が半導体チップ３１０を拾得する様子を示す図である。

【0045】

実装制御部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、実装対象となる半導体チップ３１０を反転機構５２０へ向けて押し上げ、反転機構５２０は、当該半導体チップ３１０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、当該半導体チップ３１０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】

実装制御部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が半導体チップ３１０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、実装制御部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】

実装制御部２１４は、次に、ボンディングツール１２０が吸着した半導体チップ３１０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に吸着された半導体チップ３１０を撮像する様子を示す図である。

【0048】

実装制御部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と一致するように、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、保持している半導体チップ３１０のうちリードフレーム３３０への接触予定面が指標面１７３ａと一致するように、ボンディングツール１２０を降下させる。このような配置の調整が完了したら、実装制御部２１４は、画像取得部２１１を介してボンディングツール１２０に保持された半導体チップ３１０を第３撮像ユニット１５０に撮像させる。

【0049】

図７は、第３撮像ユニット１５０がボンディングツール１２０に保持された半導体チップ３１０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。

【0050】

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、実装制御部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。

【0051】

図７に示す仰視画像は、第３撮像ユニット１５０が半導体チップ３１０を見上げるように撮像した画像であるので、半導体チップ３１０を保持するコレット１２２も写り込んでいる。そこで、実装制御部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。

【0052】

また、本実施形態における半導体チップ３１０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３１１が設けられており、実装制御部２１４は、仰視画像に写り込んでいるチップ基準マーク３１１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３１１の画像座標から、実装制御部２１４は、半導体チップ３１０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３１１が設けられている位置が半導体チップ３１０をリードフレーム３３０へ載置するための基準位置だとすれば、実装制御部２１４は、仰視画像を撮像した時点における半導体チップ３１０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が当該半導体チップ３１０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。

【0053】

実装制御部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、保持している半導体チップ３１０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、これから半導体チップ３１０を載置するダイパッド３２０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がリードフレーム３３０の載置予定面であるフレーム面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。

【0054】

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の作業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。本実施形態において単位領域３２２は、ボンディング作業を行う作業領域であって、半導体チップ３１０を載置する載置予定領域を含む。また、フレーム面３３０ａは、作業領域を含む作業平面である。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。本実施形態においては、パッド基準マーク３２１を作業平面の特定箇所と認識し得る。

【0055】

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。実装制御部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、半導体チップ３１０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。

【0056】

図１０は、第１俯瞰画像および第２俯瞰画像から半導体チップ３１０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。

【0057】

実装制御部２１４は、第１俯瞰画像からパッド基準マーク３２１の画像座標（ｘ_1k，ｙ_1k）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（ｘ_2k，ｙ_2k）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（Ｘ_k，Ｙ_k，Ｚ_k）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（Ｘ_k＋ΔＸ，Ｙ_k＋ΔＹ，Ｚ_k）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。

【0058】

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、実装制御部２１４は、補正された指標座標（Ｘ_k＋ΔＸ，Ｙ_k＋ΔＹ，Ｚ_k）から目標位置の座標（Ｘ_T，Ｙ_T，Ｚ_T）を精確に算出することができる。

【0059】

目標位置の座標が確定したら、半導体チップ３１０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が半導体チップ３１０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。

【0060】

実装制御部２１４は、上述のように、ボンディングツール１２０やヘッド部１１０の移動に対して半導体チップ３１０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、半導体チップ３１０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、半導体チップ３１０をダイパッド３２０上に載置する。その後、半導体チップ３１０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。

【0061】

本実施形態においては、リードフレーム３３０のフレーム面３３０ａに俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａと較正指標１７３の指標面１７３ａを揃えて較正値を算出している。すなわち、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３１１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、リードフレーム３３０のフレーム面３３０ａにコレット１２２に保持された半導体チップ３１０の接触予定面を揃えてチップ基準マーク３１１の三次元座標を算出している。すなわち、チップ基準マーク３１１の三次元座標を算出したときのボンディングツール１２０のＺ方向の位置は、半導体チップ３１０をダイパッド３２０に載置するときのボンディングツール１２０のＺ方向の位置と同じである。

【0062】

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は半導体チップ３１０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、実装制御部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のように半導体チップ３１０をフレーム面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３１１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、半導体チップ３１０をフレーム面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、実装制御部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。このような観点において、較正値を算出する場合に、フレーム面３３０ａに対して焦点面１１０ａと較正指標１７３の指標面１７３ａを一致させることや、チップ基準マーク３１１の三次元座標を算出する場合に、フレーム面３３０ａに対して半導体チップ３１０の接触予定面を一致させることが有効である。

【0063】

なお、フレーム面３３０ａと指標面１７３ａを一致させる場合には、指標面１７３ａの高さを調整してフレーム面３３０ａに一致させてもよいし、フレーム面３３０ａの高さを調整して指標面１７３ａに一致させてもよい。指標面１７３ａの高さを調整する場合には、例えば、指標面１７３ａと焦点面１５０ａが一致した状態を保つように第３撮像ユニット１５０と共に、指標面１７３ａをＺ軸方向へ指標駆動モータ１７１の駆動により変位させればよい。フレーム面３３０ａの高さを調整する場合には、例えば、フレーム面３３０ａをＺ軸方向へステージ駆動モータ１９１の駆動により変位させればよい。

【0064】

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。図示するように半導体チップ３１０のボンディングが完了したら、実装制御部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。さらに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。

【0065】

さて、以上の較正処理と実装処理は、俯瞰用撮像ユニットの焦点面１５０ａ、較正指標１７３の指標面１７３ａ、およびリードフレーム３３０のフレーム面３３０ａは、それぞれ基準平面の一例である水平面に平行に調整され、また、指標面１７３ａとフレーム面３３０ａは、同一平面となるように調整されているものとして説明した。しかし、ステージ１９０がステージ面１９０ａの高さや傾斜を調整できる機構を備えていたり、あるいは、リードフレーム３３０が製造上のばらつきにより表裏面が互いに平行でなかったりするような場合には、実装作業の作業平面であるフレーム面３３０ａが基準平面から傾いている場合がある。

【0066】

半導体チップの実装処理において作業平面が傾斜していることは、様々な不都合を生じさせる原因となり得る。例えば、本実施形態においては、フレーム面３３０ａが基準平面に対して傾斜していると、俯瞰用撮像ユニットがある作業領域に対しては合焦させることができても、同一のフレーム面３３０ａ上の他の作業領域に対しては、ヘッド部１１０の高さを再調整しない限り合焦させることができないという状況を生じ得る。そうすると、合焦させることができない作業領域が出現するたびにヘッド部１１０の高さを再調整するための工程を要し、リードタイム短縮の要請に反することになる。特に、本実施形態のように高精度化のために較正値を用いるときには、当該作業領域の高さに対する補正値を、再度較正処理を実行して算出する必要がある場合もある。

【0067】

本実施形態において実装制御部２１４は、図１０を用いて説明したように、単位領域３２２に設けられたパッド基準マーク３２１の平面座標（Ｘ_k，Ｙ_k）を算出するときに、同時にパッド基準マーク３２１の高さ座標Ｚ_kも算出する。また、リードフレーム３３０がステージ面１９０ａ上のどの位置にどのような向きで載置されたかを確認するために、ステージ面１９０ａ上に設けられた指標やリードフレーム３３０の周縁部に設けられた指標を観察して、その平面座標を算出する場合もある。このような場合にも、実装制御部２１４は、同時に高さ座標も算出する。三次元座標を算出する対象となる３つ以上の指標が一つの直線上に配列されていなければ、それらの指標から算出される三次元座標を利用することにより、それら複数の指標が設けられた平面の傾斜を検出することができる。

【0068】

本実施形態のボンディング装置１００は、このように実装制御部２１４が半導体チップ３１０を実装させる一連の作業においてステージ面１９０ａまたはフレーム面３３０ａの３つ以上の特定箇所の面内座標（すなわち平面座標）を算出するときに、併せて算出される高さ座標を利用して、ステージ面１９０ａまたはフレーム面３３０ａの基準平面に対する傾斜を検出する検出部２１５を備える。

【0069】

図１３は、基準平面に対するフレーム面３３０ａの傾斜を検出する検出原理を説明する図である。図１３は、具体的には、模式的に表したリードフレーム３３０を俯瞰して観察した図である。リードフレーム３３０は、左下端に第１単位領域３２２ａを、左上端に第２単位領域３２２ｂを、右上端に第３単位領域３２２ｃを有する。ここでは、半導体チップ３１０を第１単位領域３２２ａ→第２単位領域３２２ｂ→第３単位領域３２２ｃの順に連続して実装し、他の単位領域へはその後順次実装するものとする。

【0070】

実装制御部２１４が第１単位領域３２２ａ内に設けられた第１パッド基準マーク３２１ａの三次元座標（Ｘ_Ta，Ｙ_Ta，Ｚ_Ta）を取得して、これに基づいて半導体チップ３１０を実装したら、検出部２１５は、実装制御部２１４から当該三次元座標を受け取る。同様に、第２単位領域３２２ｂ内に設けられた第２パッド基準マーク３２１ｂの三次元座標（Ｘ_Tb，Ｙ_Tb，Ｚ_Tb）と、第３単位領域３２２ｃ内に設けられた第３パッド基準マーク３２１ｃの三次元座標（Ｘ_Tc，Ｙ_Tc，Ｚ_Tc）も実装制御部２１４から受け取る。そして、３つの三次元座標を用いてフレーム面３３０ａの傾斜を算出する。ここで、当該傾斜は、フレーム面３３０ａの法線ベクトルとして算出したり、Ｘ軸周りの傾斜角度とＹ軸周りのそれぞれの傾斜角度として算出したりすることができる。

【0071】

また、４点以上の三次元座標を用いて傾斜を算出する場合には、それらの三次元座標に当てはめられる回帰平面を求めてからその回帰平面の傾斜を算出すればよい。また、上記においては、算出したパッド基準マーク３２１の平面座標（Ｘ_Tx，Ｙ_Tx）の情報も利用して傾斜を算出したが、リードフレーム３３０上における各パッド基準マーク３１１のフレーム面３３０ａ内における位置は既知であるので、その既知情報と、算出した高さ座標Ｚ_kを組み合わせて傾斜を算出してもよい。また、上記においては、算出する傾斜の精度を高めるために、それぞれがリードフレーム３３０の周縁部に設けられた３つのパッド基準マーク３２１を選択したが、傾斜を算出するために計測する基準マーク３２１は、これらに限らない。

【0072】

図１４は、フレーム面３３０ａの平行調整を行っている様子を示す図である。検出部２１５がフレーム面３３０ａの傾斜を算出したら、実装制御部２１４は、次に半導体チップ３１０を実装する実装処理を実行する前に、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、フレーム面３３０ａが基準平面と平行になるように平行調整を行う。このとき、実装制御部２１４は、図示するように、ボンディングツール１２０がチップ供給装置５００から次に実装する半導体チップ３１０を拾得する作業を並行して行ってもよい。以上のように、複数の半導体チップ３１０を実装する一連の実装処理中にフレーム面３３０ａの傾斜を解消できれば、実装処理に要するリードタイムを短縮させることができ、また、より精度の高い実装処理を実現することができる。

【0073】

なお、フレーム面３３０ａの傾斜度合いによっては、いずれかの単位領域においてパッド基準マークが俯瞰用撮像ユニットの被写界深度Ｄｐに収まらず、三次元座標を算出できない場合もある。そのような場合には、実装制御部２１４は、ヘッド部１１０を上下させて当該単位領域を被写界深度Ｄｐの範囲に収めた上で、その単位領域内に設けられたパッド基準マークの三次元座標を算出する。このとき、半導体チップ３１０の当該単位領域への実装は保留する。そして、検出部２１５がそれらの三次元座標に基づいてフレーム面３３０ａの傾斜を算出する。実装制御部２１４は、その結果に基づいてステージ駆動モータ１９１を駆動させて、当該傾斜を解消すると共に指標面１７３ａと同一面となるようにフレーム面３３０ａを調整する。その後、改めてヘッド部１１０を上下させてパッド基準マークの三次元座標を算出し、その三次元座標に基づいて半導体チップ３１０を当該単位領域へ実装する。

【0074】

次に、以上説明した較正処理、実装処理、平行調整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１５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。

【0075】

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実装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。

【0076】

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、実装制御部２１４は、実装処理を行うべく実装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。

【0077】

実装制御部２１４が実装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。

【0078】

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、実装制御部２１４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平行調整タイミングの条件を満たすか否かを判断する。予め設定される平行調整タイミングの条件は、平行調整処理が必要と考え得る条件が設定される。例えば、上述のように周縁部に設定された３つの単位領域３２２へ半導体チップ３１０を実装し終えた時点や、所定個数や所定ロット数の半導体チップ３１０を実装し終えた時点が設定条件の候補となる。なお、上述のように、リードフレーム３３０をステージ１９０上に載置した時点を設定条件としてもよい。

【0079】

ステップＳ１４で、実装制御部２１４が条件を満たすと判断した場合には、ステップＳ１５へ進み、検出部２１５は、平行調整ステップを開始する。平行調整ステップが完了したらステップＳ１２へ戻る。ステップＳ１４で条件を満たさないと判断した場合には、ステップＳ１６へ進む。

【0080】

ステップＳ１６へ進むと、実装制御部２１４は、予定された全ての実装処理が完了したか否かを判断する。実装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、すべての実装処理が完了したと判断したら一連の処理を終了する。

【0081】

図１６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。

【0082】

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。

【0083】

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、続く実装処理の中で行ってもよい。

【0084】

図１７は、実装制御ステップの手順を説明するサブフロー図である。実装制御ステップでは、主に、図５から図１２を用いて説明した処理を実行する。

【0085】

実装制御部２１４は、ステップＳ１２０１で、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、実装対象となる半導体チップ３１０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し、ボンディングツール１２０を上昇させる。

【0086】

実装制御部２１４は、ステップＳ１２０２で、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Ｓ１２０３で、保持している半導体チップ３１０のうちリードフレーム３３０への接触予定面が指標面１７３ａと一致するように、ボンディングツール１２０を降下させる。

【0087】

このような配置の調整が完了したら、実装制御部２１４は、ステップＳ１２０４で、ボンディングツール１２０に保持された半導体チップ３１０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Ｓ１２０５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３１１の画像座標等に基づいて半導体チップ３１０の基準位置の三次元座標を認識する。

【0088】

実装制御部２１４は、ステップＳ１２０６で、保持している半導体チップ３１０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、これから半導体チップ３１０を載置するダイパッド３２０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Ｓ１２０７で、俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａがリードフレーム３３０のフレーム面３３０ａと一致するようにヘッド部１１０の高さを調整する。

【0089】

このような配置の調整が完了したら、実装制御部２１４は、ステップＳ１２０８で、載置予定面のうち対象とするダイパッド３２０とパッド基準マーク３２１を含む単位領域３２２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、ステップＳ１２０９で、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、写り込んでいるパッド基準マーク３２１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。

【0090】

目標位置が確定したら、ステップＳ１２１０へ進み、半導体チップ３１０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、半導体チップ３１０をダイパッド３２０上に載置する。その後、半導体チップ３１０を加圧／加熱し、ボンディングを完了させる。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、メインのフローへ戻る。

【0091】

図１８は、平行調整ステップの手順を説明するサブフロー図である。平行調整ステップでは、主に、図１３と図１４を用いて説明した処理を実行する。

【0092】

検出部２１５は、ステップＳ１５０１で、実装制御ステップで算出された３点以上のパッド基準マークの三次元座標を取得する。続くステップＳ１５０２で、取得した三次元座標に基づいてフレーム面３３０ａの基準平面に対する傾斜を検出する。駆動制御部２１２は、ステップＳ１５０３で、検出部２１５が検出した傾斜を０とするように、本実施形態においては特にフレーム面３３０ａが水平となるように、ステージ駆動モータ１９１を駆動する。このとき、フレーム面３３０ａの高さが指標面１７３ａの高さとずれている場合には、同一高さとなるように高さ調整を併せて行うとよい。フレーム面３３０ａの調整が完了したら、メインのフローへ戻る。

【0093】

以上の説明においては、リードフレーム３３０にフレーム面３３０ａに半導体チップ３１０をボンディングする実施形態を説明したが、半導体チップを既に基板面に実装した別の半導体チップに積層して実装する実施形態においても、上記の平行調整を実施し得る。図１９は、当該実施形態に係る第１の応用例を説明するためのボンディング装置１００の部分斜視図である。第１の応用例に係るボンディング装置１００は、上述のボンディング装置１００と同様のハードウェア構成であるが、半導体チップを積層して実装する実装制御を行う点が異なる。図１９は、図９に対応する図であるが、既に説明した要素と同一の要素については、特に言及しない限り同一の符番を付してその説明を省略する。

【0094】

リードフレーム３３０のそれぞれの単位領域３２２に、第一層となる第１半導体チップ３１０ａを実装するまでは、上記の説明において半導体チップ３１０をそれぞれの単位領域３２２に実装するまでの処理と同様である。図１９は、第二層となる第２半導体チップ３１０ｂを、第１半導体チップ３１０ａに重ねて実装する様子を表す。具体的には、これから実装しようとする第２半導体チップ３１０ｂをコレット１２２が吸着した状態であり、俯瞰用撮像ユニットが、当該第２半導体チップ３１０ｂを載置する載置面である既に実装された第１半導体チップ３１０ａの上面を撮像する様子である。

【0095】

第１半導体チップ３１０ａの上面には、基準位置を示す積層基準マーク３２３が設けられており、第１俯瞰画像、第２俯瞰画像には共に当該積層基準マーク３２３が写り込む。実装制御部２１４は、これらの画像から積層基準マーク３２３の三次元座標（Ｘ_j，Ｙ_j，Ｚ_j）を算出する。ここで、既に他の２つ以上の積層基準マーク３２３の三次元座標を算出していれば、検出部２１５は、それぞれの第１半導体チップ３１０ａの上面を包含する作業平面の基準平面に対する傾斜を算出することができる。もし、当該作業平面が基準平面に対して許容範囲以上に傾斜しているのであれば、駆動制御部２１２は、当該傾斜が解消されるようにステージ駆動モータ１９１を駆動する。傾斜が解消されたら、あるいは許容範囲以上の傾斜が検出されなければ、実装制御部２１４は、ボンディングツール１２０を降下させて、第１半導体チップ３１０ａの上面に第２半導体チップ３１０ｂをボンディングする。

【0096】

上記の平行調整は、ワイヤボンダにおいても実施し得る。図２０は、当該実施形態に係る第２の応用例を説明するためのワイヤボンダとしてのボンディング装置１００’の部分斜視図である。図２０は、図９に対応する図であるが、既に説明した要素と同一の要素については、特に言及しない限り同一の符番を付してその説明を省略する。

【0097】

ボンディング装置１００’は、半導体チップ３４０のパッド電極３４１とリードフレーム３３０’のリード電極３４２をボンディングワイヤであるワイヤ３５０により結線するボンディング装置である。パッド電極３４１とリード電極３４２は、三次元座標を計測してワイヤ３５０を供給する対象である。

【0098】

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を支持する。ボンディングツール１２０’は、例えば金線であるワイヤ３５０を供給する機能を担い、ワイヤクランパ、トランスデューサ、キャピラリを包含する。パッド電極３４１へのファーストボンド時には図示するように先端部からワイヤ３５０が延出され、不図示のトーチ電極によりワイヤ３５０の先端部にＦＡＢ（Free Air Ball）が形成される。

【0099】

実装制御部２１４は、ワイヤ３５０により結線するパッド電極３４１とリード電極３４２を俯瞰用撮像ユニットによって撮像し、それぞれの三次元座標を算出する。ここで、既に他の２つ以上のリード電極３４２の三次元座標を算出していれば、検出部２１５は、リードフレーム３３０’のフレーム面の基準平面に対する傾斜を算出することができる。もし、当該フレーム面が基準平面に対して許容範囲以上に傾斜しているのであれば、駆動制御部２１２は、当該傾斜が解消されるようにステージ駆動モータ１９１を駆動する。傾斜が解消されたら、あるいは許容範囲以上の傾斜が検出されなければ、実装制御部２１４は、ボンディングツール１２０’を降下させて、結線処理を実行する。

【0100】

以上、２つの変形例と共に本実施形態を説明したが、これらのボンディング装置に限らず、ステージに載置された基板および基板に既に実装された他の実装体の少なくともいずれかに対して実装作業を行う実装ツールが俯瞰用撮像ユニットと共にヘッド部に支持され、当該ヘッド部がステージに対して変位して実装処理を行う半導体装置であれば、第１俯瞰画像および第２俯瞰画像に基づいて算出される複数箇所のそれぞれの高さ情報を用いて、ステージ面または作業平面の基準平面に対する傾斜を検出することができる。本実施形態においては、検出した傾斜を解消するようにステージを駆動して実装処理を継続する場合を説明したが、検出した傾斜に基づくその後の処理は、ステージを駆動する処理に限らない。例えば、許容範囲以上の傾斜を検出した時点で、実装処理を中止しても構わない。

【符号の説明】

【0101】

１００、１００’…ボンディング装置、１１０、１１０’…ヘッド部、１１０ａ…焦点面、１１１…ヘッド駆動モータ、１２０、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、１８０…架台、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…実装制御部、２１５…検出部、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、３１１…チップ基準マーク、３２０…ダイパッド、３２１…パッド基準マーク、３２１ａ…第１パッド基準マーク、３２１ｂ…第２パッド基準マーク、３２１ｃ…第３パッド基準マーク、３２２…単位領域、３２２ａ…第１単位領域、３２２ｂ…第２単位領域、３２２ｃ…第３単位領域、３２３…積層基準マーク、３３０、３３０’…リードフレーム、３３０ａ…フレーム面、３４０…半導体チップ、３４１…パッド電極、３４２…リード電極、３５０…ワイヤ、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】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】