特許7343942位置制御装置、位置制御方法、位置制御プログラムおよびボンディング装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-05
(45)【発行日】2023-09-13
(54)【発明の名称】位置制御装置、位置制御方法、位置制御プログラムおよびボンディング装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/52 20060101AFI20230906BHJP
【ＦＩ】
H01L21/52 F
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2022575023
(86)(22)【出願日】2021-01-18
(86)【国際出願番号】 JP2021001395
(87)【国際公開番号】W WO2022153518
(87)【国際公開日】2022-07-21
【審査請求日】2022-10-20
(73)【特許権者】
【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
【審査官】堀江 義隆
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－２５３０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平５－１８０６２２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／５２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ステージに載置された対象物に対して作業を行うツール部と、前記ステージまたは前記対象物に設定された基準指標を撮像して第１画像を出力する第１撮像ユニットと、
前記基準指標を撮像して第２画像を出力する第２撮像ユニットと、
前記ツール部、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ヘッド部と、
前記第１画像に写り込んだ前記基準指標の像である第１指標像と前記第２画像に写り込んだ前記基準指標の像である第２指標像に基づいて前記基準指標の三次元座標を算出する算出部と、
前記三次元座標に基づいて前記ツール部を前記対象物に対して接近または離隔させる駆動制御部と
を備える位置制御装置。
【請求項2】
前記第１撮像ユニットおよび前記第２撮像ユニットは、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、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ている請求項１に記載の位置制御装置。【請求項3】
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の物体側光学系は、テレセントリックである請求項２に記載の位置制御装置。【請求項4】
前記算出部は、前記第１指標像の座標と前記第２指標像の座標のペアを、予め用意された変換テーブルを参照することにより、前記三次元座標へ変換する請求項２または３に記載の位置制御装置。【請求項5】
前記算出部は、前記第１画像および前記第２画像に対して台形像を矩形像に変換する台形補正処理を行い、前記台形補正処理後の前記第１指標像と前記第２指標像の位置ずれ量に基づいて前記三次元座標を算出する請求項２または３に記載の位置制御装置。【請求項6】
前記算出部は、前記第１画像に写り込んだ２つ以上の前記第１指標像と前記第２画像に写り込んだ２つ以上の前記第２指標像に基づいて前記ステージに対する前記対象物の設置誤差を算出し、前記駆動制御部は、前記設置誤差を加味して前記ツール部を前記対象物に接近させる請求項１から５のいずれか１項に記載の位置制御装置。
【請求項7】
前記ツール部は、前記駆動制御部の制御により前記対象物へ向けて前記ヘッド部から繰り出され、前記算出部は、前記ツール部が前記ヘッド部から繰り出された場合に、前記第１撮像ユニットが出力する第３画像に写り込んだ、前記ツール部に設けられた第１確認指標の像である第３指標像と、前記第２撮像ユニットが出力する第４画像に写り込んだ、前記ツール部に設けられた第２確認指標の像である第４指標像に基づいて、前記ツール部の前記ヘッド部に対する組付誤差を算出し、
前記駆動制御部は、前記組付誤差を加味して前記ツール部を前記対象物に接近させる請求項１から６のいずれか１項に記載の位置制御装置。
【請求項8】
ステージまたは前記ステージに載置された対象物に設定された基準指標を、ヘッド部に支持されている第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る撮像ステップと、前記第１撮像ユニットが出力する第１画像に写り込んだ前記基準指標の像である第１指標像と前記第２撮像ユニットが出力する第２画像に写り込んだ前記基準指標の像である第２指標像に基づいて前記基準指標の三次元座標を算出する算出ステップと、
前記ヘッド部に支持され前記対象物に対して作業を行うツール部を、前記三次元座標に基づいて前記対象物に対して接近または離隔させる駆動ステップと
を有する位置制御方法。
【請求項9】
ステージまたは前記ステージに載置された対象物に設定された基準指標を、ヘッド部に支持されている第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る撮像ステップと、前記第１撮像ユニットが出力する第１画像に写り込んだ前記基準指標の像である第１指標像と前記第２撮像ユニットが出力する第２画像に写り込んだ前記基準指標の像である第２指標像に基づいて前記基準指標の三次元座標を算出する算出ステップと、
前記ヘッド部に支持され前記対象物に対して作業を行うツール部を、前記三次元座標に基づいて前記対象物に対して接近または離隔させる駆動ステップと
をコンピュータに実行させる位置制御プログラム。
【請求項10】
ステージに載置された基板の搭載領域に対して半導体チップをボンディングするボンディングツールと、前記ステージまたは前記基板に設定された基準指標を撮像して第１画像を出力する第１撮像ユニットと、
前記基準指標を撮像して第２画像を出力する第２撮像ユニットと、
前記ボンディングツール、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ヘッド部と、
前記第１画像に写り込んだ前記基準指標の像である第１指標像と前記第２画像に写り込んだ前記基準指標の像である第２指標像に基づいて前記基準指標の三次元座標を算出する算出部と、
前記三次元座標に基づいて前記半導体チップを保持する前記ボンディングツールを前記搭載領域に対して接近または離隔させる駆動制御部と
を備えるボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、位置制御装置、位置制御方法、位置制御プログラムおよびボンディング装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えばダイボンダなど半導体チップの製造時に利用される装置においては、まず、ダイパッドなどの作業対象物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などの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、ボンディング等の作業を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１４－０３６０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
位置確認と作業をシーケンシャルに実行する場合には、時間を要するばかりか、位置確認と作業の間に熱の影響等によって計測した位置にずれが生じる場合がある。また、ヘッド部とは別の構造体に撮像ユニットを装着すると、計測誤差を生じる要因が増大する。一方で、従来の撮像ユニットをヘッド部のツール脇に配設すると、その視野の狭さから、作業対象物を観察することが困難であった。
【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、ヘッド部に対する対象物の精確な三次元座標計測を実現すると共に、対象物の三次元座標計測から作業の実行までのリードタイムを短縮できる位置制御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の態様における位置制御装置は、ステージに載置された対象物に対して作業を行うツール部と、ステージまたは対象物に設定された基準指標を撮像して第１画像を出力する第１撮像ユニットと、基準指標を撮像して第２画像を出力する第２撮像ユニットと、ツール部、第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットを支持するヘッド部と、第１画像に写り込んだ基準指標の像である第１指標像と第２画像に写り込んだ基準指標の像である第２指標像に基づいて基準指標の三次元座標を算出する算出部と、三次元座標に基づいてツール部を対象物に対して接近または離隔させる駆動制御部とを備える。
【0007】
また、本発明の第２の態様における位置制御方法は、ステージまたはステージに載置された対象物に設定された基準指標を、ヘッド部に支持されている第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る撮像ステップと、第１撮像ユニットが出力する第１画像に写り込んだ基準指標の像である第１指標像と第２撮像ユニットが出力する第２画像に写り込んだ基準指標の像である第２指標像に基づいて基準指標の三次元座標を算出する算出ステップと、ヘッド部に支持され対象物に対して作業を行うツール部を、三次元座標に基づいて対象物に対して接近または離隔させる駆動ステップとを有する。
【0008】
また、本発明の第３の態様における位置制御プログラムは、ステージまたはステージに載置された対象物に設定された基準指標を、ヘッド部に支持されている第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る撮像ステップと、第１撮像ユニットが出力する第１画像に写り込んだ基準指標の像である第１指標像と第２撮像ユニットが出力する第２画像に写り込んだ基準指標の像である第２指標像に基づいて基準指標の三次元座標を算出する算出ステップと、ヘッド部に支持され対象物に対して作業を行うツール部を、三次元座標に基づいて対象物に対して接近または離隔させる駆動ステップとをコンピュータに実行させる。
【0009】
また、本発明の第４の態様におけるボンディング装置は、ステージに載置された基板の搭載領域に対して半導体チップをボンディングするボンディングツールと、ステージまたは基板に設定された基準指標を撮像して第１画像を出力する第１撮像ユニットと、基準指標を撮像して第２画像を出力する第２撮像ユニットと、ボンディングツール、第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットを支持するヘッド部と、第１画像に写り込んだ基準指標の像である第１指標像と第２画像に写り込んだ基準指標の像である第２指標像に基づいて基準指標の三次元座標を算出する算出部と、三次元座標に基づいて半導体チップを保持するボンディングツールを搭載領域に対して接近または離隔させる駆動制御部とを備える。
【発明の効果】
【0010】
本発明により、ヘッド部に対する対象物の精確な三次元座標計測を実現すると共に、対象物の三次元座標計測から作業の実行までのリードタイムを短縮できる位置制御装置等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本実施形態に係るダイボンダの要部を模式的に示す斜視図である。
【図2】ダイボンダ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】三次元座標の算出原理を説明するための説明図である。
【図5】演算処理部の処理手順を説明するフロー図である。
【図6】一つのダイパッドに対して２つの指標を設けた場合の中心座標の算出を説明する図である。
【図7】ボンディングツールの先端部に確認指標を設けた様子を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
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。
【0013】
図１は、本実施形態に係るダイボンダ１００の要部を模式的に示す斜視図である。ダイボンダ１００は、位置制御装置が組み込まれた半導体製造装置の一例であり、半導体チップ３１０をリードフレーム３３０のダイパッド３２０へ載置して接着するボンディング装置である。リードフレーム３３０は、ステージ２２０に載置される基板の一例であり、ダイパッド３２０は、基板がリードフレーム３３０である場合の、半導体チップ３１０を載置する載置領域である。
【0014】
ダイボンダ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１５０によって平面方向へ移動可能である。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、架台２１０に載置されたステージ２２０の移動方向でもある。
【0015】
ボンディングツール１２０は、先端部に半導体チップ３１０を吸着し、ステージ２２０に載置されたリードフレーム３３０のダイパッド３２０に載置し、加圧／加熱して接着する。ボンディングツール１２０は、ツール駆動モータ１６０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。高さ方向は、図示するように、平面方向に直交するＺ軸方向である。
【0016】
第１撮像ユニット１３０は、ボンディングツール１２０の下方に位置するリードフレーム３３０を撮像するための撮像ユニットであり、第１光学系１３１と第１撮像素子１３２を備える。具体的には後述するが、第１撮像ユニット１３０は、光軸をボンディングツール１２０の下方に向けてヘッド部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２２０のステージ面に平行な平面が焦点面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。
【0017】
第２撮像ユニット１４０は、ボンディングツール１２０の下方に位置するリードフレーム３３０を撮像するための撮像ユニットであり、第２光学系１４１と第２撮像素子１４２を備える。具体的には後述するが、第２撮像ユニット１４０は、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、光軸をボンディングツール１２０の下方に向けてヘッド部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２２０のステージ面に平行な平面が焦点面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。
【0018】
ＸＹＺ座標系は、ヘッド部１１０の基準位置を原点とする空間座標系である。ダイボンダ１００は、リードフレーム３３０に設けられた指標３２１を第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０によって撮像し、それらの像から指標３２１の三次元座標（ＸR，ＹR，ＺR）を算出する。指標３２１は、リファレンスマークとしての基準指標である。基準指標は、専用に設けられるリファレンスマークの他、作業対象上に観察し得る配線パターン、溝、エッジなど、安定的に三次元座標を算出できる対象であればよい。
【0019】
リードフレーム３３０表面において、指標３２１に対するダイパッド３２０の相対位置は既知である。したがって、ダイボンダ１００は、指標３２１の三次元座標（ＸR，ＹR，ＺR）からダイパッド３２０の中心座標（ＸT，ＹT，ＺT）を導出することができる。なお、本実施形態においては、ダイパッド３２０と指標３２１はリードフレーム３３０の同一平面上に設けられていることを想定しているので、ＺR＝ＺTである。ダイボンダ１００は、ダイパッド３２０の中心座標（ＸT，ＹT，ＺT）を接近目標としてヘッド部１１０およびボンディングツール１２０を駆動し、半導体チップ３１０を当該座標へ搬送する。
【0020】
図２は、ダイボンダ１００のシステム構成図である。ダイボンダ１００の制御システムは、主に、演算処理部１７０、記憶部１８０、入出力デバイス１９０、第１撮像ユニット１３０、第２撮像ユニット１４０、ヘッド駆動モータ１５０、ツール駆動モータ１６０によって構成される。演算処理部１７０は、ダイボンダ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１７０は、記憶部１８０に記憶された位置制御プログラムを読み出して、位置制御に関する様々な処理を実行する。
【0021】
記憶部１８０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１８０は、ダイボンダ１００の制御や処理を実行する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１８０は、特に、変換テーブル１８１を記憶している。変換テーブル１８１は、具体的には後述するが、第１指標像の座標値と第２指標像の座標値を入力すると、指標３２１の三次元座標（ＸR，ＹR，ＺR）へ変換するルックアップテーブルである。ここで、第１指標像は、第１撮像ユニット１３０が出力する第１画像に写り込んだ指標３２１の像であり、第２指標像は、第２撮像ユニット１４０が出力する第２画像に写り込んだ指標３２１の像である。
【0022】
入出力デバイス１９０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１７０は、入出力デバイス１９０の一つである表示モニタへ、第１画像と第２画像を並べて表示してもよい。
【0023】
第１撮像ユニット１３０は、演算処理部１７０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画像を画像信号として演算処理部１７０へ送信する。同様に、第２撮像ユニット１４０は、演算処理部１７０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画像を画像信号として演算処理部１７０へ送信する。
【0024】
ヘッド駆動モータ１５０は、演算処理部１７０から駆動信号を受けてヘッド部１１０をＸＹ方向へ移動させる。ツール駆動モータ１６０は、演算処理部１７０から駆動信号を受けてボンディングツール１２０をＺ方向へ移動させる。
【0025】
演算処理部１７０は、位置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１７０は、画像取得部１７１、算出部１７２、駆動制御部１７３として機能し得る。画像取得部１７１は、第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０へ撮像要求信号を送信し、第１画像の画像信号および第２画像の画像信号を取得する。
【0026】
算出部１７２は、第１画像に写り込んだ指標３２１の像である第１指標像と第２画像に写り込んだ指標３２１の像である第２指標像に基づいて指標３２１の三次元座標（ＸR，ＹR，ＺR）を算出する。具体的には、変換テーブル１８１を用いて三次元座標（ＸR，ＹR，ＺR）を得る。駆動制御部１７３は、ヘッド駆動モータ１５０を駆動する駆動信号、およびツール駆動モータ１６０を駆動する駆動信号を生成し、それぞれのモータへ送信する。例えば、算出部１７２が指標３２１の三次元座標（ＸR，ＹR，ＺR）からダイパッド３２０の中心座標（ＸT，ＹT，ＺT）を算出すると、ボンディングツール１２０を（ＸT，ＹT，ＺT）へ接近させる駆動信号を生成し、ツール駆動モータ１６０へ送信する。
【0027】
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。
【0028】
図３において、平面Ｓ1は、ステージ２２０のステージ面に対して平行に配置されるダイパッド３２０を予定焦点面である。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。
【0029】
なお、図３は、シャインプルーフ条件をわかりやすく説明するために、物側レンズ群１３１ａとダイパッド３２０を接近させて示しているが、実際には図１に示すように互いに離間している。ボンディングツール１２０は、ダイパッド３２０の上部空間において、第１撮像ユニット１３０と干渉することなくＺ軸方向へ移動することができる。
【0030】
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、例えば半導体チップ３１０を保持するボンディングツール１２０の先端部が被写界深度ＤP内まで接近すると、第１撮像ユニット１３０は、半導体チップ３１０とリードフレーム３３０面を共に合焦状態で撮像することができる。
【0031】
第１撮像ユニット１３０は、以上のようにシャインプルーフ条件を満たしているので、リードフレーム３３０上に設けられた指標３２１が第１撮像ユニット１３０の視野に収まっている限り、指標３２１を合焦状態で撮像することができる。また、指標３２１とダイパッド３２０を共に合焦状態で一画像に撮像することもできる。
【0032】
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、リードフレーム３３０上に設けられた指標３２１が第２撮像ユニット１４０の視野に収まっている限り、指標３２１を合焦状態で撮像することができる。また、指標３２１とダイパッド３２０を共に合焦状態で一画像に撮像することもできる。
【0033】
本実施形態においては、物側レンズ群１３１ａおよび像側レンズ群１３１ｂにより両側テレセントリックを実現している。これにより観察対象を撮像素子上に一定の倍率で結像させることができるので、三次元座標の算出には都合が良い。特にシャインプルーフ光学系においては、直線Ｐ側に存在する観察対象も直線Ｐから遠い側に存在する観察対象も結像面では同倍率となる物側テレセントリックであることが望ましい。
【0034】
図４は、指標３２１の三次元座標（ＸR，ＹR，ＺR）の算出原理を説明するための説明図である。特に、変換テーブル１８１を生成する手順を説明する図である。変換テーブル１８１は、リードフレーム３３０と同じ厚さを有するチャート４００をボンディングツール１２０直下のステージ２２０上に載置し、これを撮像した第１撮像ユニット１３０の第１画像と第２撮像ユニット１４０の第２画像を用いて生成される。
【0035】
チャート４００の表面には、複数のドット４１０が設定された間隔でマトリックス状に印刷されている。このようなチャート４００を、ヘッド部１１０の高さをＺ＝ｈ1、ｈ2、ｈ3…に調整し、それぞれの高さで撮像を実行して第１画像と第２画像のペアを得る。
【0036】
第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０はシャインプルーフ光学系を採用するので、得られるチャート像４００’は、全面が合焦状態でありながら、それぞれが互いに逆向きの台形に歪んでいる。画像座標系として横軸をｘ軸、縦軸をｙ軸とすると、第１画像と第２画像で互いに対応するドット像４１０’の座標は、（ｘ1k，ｙ1k）、（ｘ2k，ｙ2k）のように算出される。
【0037】
チャート４００のそれぞれのドット４１０についてステージ２２０上での座標（Ｘk，Ｙk）は既知であり、高さｈk＝ＺKは撮像時に調整されるので、各ドット４１０の三次元座標（Ｘk，Ｙk，ＺK）は、撮影時には確定される。そして、高さｈkで撮像された第１画像と第２画像の各ドット像４１０’の座標（ｘ1k，ｙ1k）、（ｘ2k，ｙ2k）が算出されるので、それぞれのドット４１０とその像であるドット像４１０’の間で座標の対応関係を取得することができる。すなわち、撮像を実行した高さごとに、離散的に、三次元座標（Ｘk，Ｙk，ＺK）と二次元座標（ｘ1k，ｙ1k）、（ｘ2k，ｙ2k）の対応関係を取得することができる。このような対応関係を変換テーブル１８１に記述する。
【0038】
このように記述され、生成された変換テーブル１８１は、三次元座標（Ｘk，Ｙk，ＺK）と二次元座標（ｘ1k，ｙ1k）、（ｘ2k，ｙ2k）の対応関係を示すデータの集合体であり、ルックアップテーブルとして利用し得る。つまり、変換テーブル１８１を参照すれば、第１指標像の座標値（ｘ1R，ｙ1R）と第２指標像の座標値（ｘ2R，ｙ2R）を指標３２１の三次元座標（ＸR，ＹR，ＺR）へ変換することができる。なお、算出された（ｘ1R，ｙ1R）と（ｘ2R，ｙ2R）の組み合わせが変換テーブル１８１に存在しない場合には、変換テーブル１８１に存在する周辺座標で補間処理を行えばよい。
【0039】
また、ルックアップテーブル形式の変換テーブル１８１に限らず、他の手法を用いて第１指標像の座標値（ｘ1R，ｙ1R）と第２指標像の座標値（ｘ2R，ｙ2R）を指標３２１の三次元座標（ＸR，ＹR，ＺR）へ変換してもよい。例えば、チャート４００を用いて事前に得られた三次元座標（Ｘk，Ｙk，ＺK）と二次元座標（ｘ1k，ｙ1k）、（ｘ2k，ｙ2k）の対応関係から多項式近時関数を求めておき、これにより（ｘ1R，ｙ1R）と（ｘ2R，ｙ2R）から（ＸR，ＹR，ＺR）へ変換してもよい。このように、実測データに基づいて生成されるルックアップテーブルや多項式近時関数等を用いる場合には、実測データにレンズの収差や撮像ユニットの取付け誤差などの構成要素に起因する誤差要因が吸収されるので、より精度の高い三次元座標の算出を期待できる。
【0040】
一方で、実測データによらず、シャインプルーフの幾何条件や、２つの撮像素子間で規定される基線長等を用いて、算術的に変換式を求めてもよい。例えば、光学系や撮像素子の傾き角等の物理量をパラメータとする、台形像を矩形像へ変換する変換行列を定めておき、第１画像と第２画像に対してこの変換行列により台形補正を行う。そして、台形補正を行った２つの画像をステレオ画像として、互いの像の位置ずれ量から観察対象の三次元座標を算出する。このような手法によれば、チャート等を用いた事前の実測データの取得が省ける点において都合が良い。
【0041】
次に、ダイボンダ１００による一連のボンディング処理について説明する。図５は、演算処理部１７０の処理手順を説明するフロー図である。ここでは、ボンディングツール１２０が半導体チップ３１０を吸着した状態から、半導体チップ３１０をダイパッド３２０へ接着して退避するまでの処理について説明する。
【0042】
駆動制御部１７３は、ステップＳ１０１で、ヘッド部１１０を基準位置へ移動させる駆動信号をヘッド駆動モータ１５０へ送信する。ヘッド駆動モータ１５０は、駆動信号を受けて、ヘッド部１１０を基準位置へ移動させる。ここで、基準位置は、これから半導体チップ３１０を載置する対象であるダイパッド３２０の直上にボンディングツール１２０が位置すると想定される初期位置である。
【0043】
ヘッド部１１０が基準位置に到達したら、画像取得部１７１は、ステップＳ１０２で、第１撮像ユニット１３０と第２撮像ユニット１４０へ撮像要求信号を送信し、第１画像データと第２画像データを取得する。画像取得部１７１は、取得した画像データを算出部へ引き渡す。
【0044】
算出部１７２は、ステップＳ１０３で、画像取得部１７１から受け取った第１画像データの第１画像から第１指標像の座標（ｘ1R，ｙ1R）を、第２画像データの第２画像から第２指標像の座標（ｘ2R，ｙ2R）を抽出する。そして、ステップＳ１０４へ進み、算出部１７２は、変換テーブル１８１を参照して（ｘ1R，ｙ1R）と（ｘ2R，ｙ2R）のペアに対応する三次元座標（ＸR，ＹR，ＺR）を得る。さらに、ステップＳ１０５で、指標３２１に対するダイパッド３２０の相対位置の情報を利用して、接近目標であるダイパッド３２０の中心座標（ＸT，ＹT，ＺT）を算出する。
【0045】
接近目標が定まると、駆動制御部１７３は、ステップＳ１０６で、水平位置の誤差を調整すべく、ヘッド駆動モータ１５０へ駆動信号を送信する。これにより、ボンディングツール１２０の中心は、水平面において（ＸT，ＹT）へ配置される。次に、駆動制御部１７３は、ステップＳ１０７で、算出されたＺ＝ＺTに基づきボンディングツール１２０を吸着している半導体チップ３１０がダイパッド３２０上に載置されるまで、ボンディングツール１２０をダイパッド３２０へ接近させる。ここで、算出されたＺTから、ボンディングツール１２０の降下量は精確に把握されているので、駆動制御部１７３は、半導体チップ３１０がダイパッド３２０と接触する直前まで高速でボンディングツール１２０を降下させてもよい。
【0046】
半導体チップ３１０をダイパッド３２０へ載置したら、演算処理部１７０は、ステップＳ１０８で、半導体チップ３１０をダイパッド３２０へ接着するボンディング処理を実行する。ボンディング処理が完了したら、駆動制御部１７３は、ステップＳ１０９で、ボンディングツール１２０を上昇させ、接着した半導体チップ３１０から退避して、一連の処理を終了する。
【0047】
以上説明した本実施形態によれば、これから半導体チップ３１０を載置する対象であるダイパッド３２０の直上付近にボンディングツール１２０が位置するようにヘッド部１１０を移動させ、その位置で指標３２１を撮像する。指標３２１は作業対象であるダイパッド３２０の近傍に配置されており、指標３２１に対するダイパッド３２０の相対位置は既知であるので、指標３２１の三次元座標が算出でき次第直ちにダイパッド３２０に対して作業を実行することができる。すなわち、従来技術のように、位置確認と作業をシーケンシャルに実行する必要がないので、計測誤差を抑制し、三次元座標計測から作業実行までのリードタイムを短縮することができる。
【0048】
なお、本実施形態のように基準指標（指標３２１）と作業対象（ダイパッド３２０）が別体である場合には、これらがそれぞれの撮像ユニットにおける同一視野内に収まることが好ましい。すなわち、第１画像および第２画像のそれぞれに両者が共に写り込むように近接して配置されていることが好ましい。この程度に近接していればヘッド部１１０の水平移動は微小量に抑えられるので、リードタイムをより短縮することができる。なお、本実施形態においては、基準指標としての指標３２１はリードフレーム３３０の表面に設けられているが、作業対象が同一視野内に収まる程度に近接しているのであれば、基準指標は、ステージ２２０上に設けられていてもよい。また、ツール部が作業を行う作業対象そのものに基準指標が設けられている場合は、その三次元座標を直接的に作業目標とすることができるので、さらに都合がよい。
【0049】
次に、いくつかの変形例について説明する。上記の実施例においては、リードフレーム３３０は、ステージ２２０上に正しく設置されていることを前提とした。しかし、実際には、Ｚ軸周りに微小量回転した状態で設置されてしまうこともある。このような設置誤差が存在すると、指標３２１に対するダイパッド３２０の相対位置が既知であっても、指標３２１の三次元座標（ＸR，ＹR，ＺR）からダイパッド３２０の中心座標（ＸT，ＹT，ＺT）を正しく算出することができない。そこで、リードフレーム３３０上に一つのダイパッド３２０に対して２つ以上の指標を設ける。
【0050】
図６は、一つのダイパッド３２０に対して２つの指標を設けた場合の中心座標の算出を説明する図である。図示するように、例えば、リードフレーム３３０上にダイパッド３２０を挟んで対角上に指標Ａ３２１ａと指標Ｂ３２１ｂの２つの指標がそれぞれ設けられている場合には、第１画像には指標Ａ３２１ａと指標Ｂ３２１ｂの２つの指標像が写り込み、同様に第２画像にも指標Ａ３２１ａと指標Ｂ３２１ｂの２つの指標像が写り込む。算出部１７２は、第１画像に写り込んだ指標Ａ３２１ａの指標像の座標と、第２画像に写り込んだ指標Ａ３２１ａの指標像の座標のペアから指標Ａ３２１ａの三次元座標（ＸRA，ＹRA，ＺRA）を算出する。同様に、第１画像に写り込んだ指標Ｂ３２１ｂの指標像の座標と、第２画像に写り込んだ指標Ｂ３２１ｂの指標像の座標のペアから指標Ｂ３２１ｂの三次元座標（ＸRB，ＹRB，ＺRB）を算出する。
【0051】
指標Ａ３２１ａと指標Ｂ３２１ｂの相対座標は既知であることから、これら２つの三次元座標が算出されれば、Ｚ軸周りの回転量θを把握することができる。Ｚ軸周りの回転量θはステージ２２０に対するリードフレーム３３０の設置誤差であるので、算出部１７２は、この設置誤差を加味して中心座標（ＸT，ＹT，ＺT）を算出することができる。すなわち、駆動制御部１７３は、ボンディングツール１２０をダイパッド３２０へ接近させることができる。
【0052】
さらに変形例を説明する。上記の実施例においては、ボンディングツール１２０は、ヘッド部１１０に対して誤差なく組付けられていることを前提とした。しかし、実際には、組付誤差が生じている場合もある。このような組付誤差が存在すると、ダイパッド３２０の中心座標（ＸT，ＹT，ＺT）を正しく算出できても、半導体チップ３１０は想定位置からずれて配置されてしまう。そこで、ボンディングツール１２０の先端部に２つの確認指標を設けておき、これらの確認指標が第１撮像ユニット１３０と第２撮像ユニット１４０の被写界深度に進入した時点で撮像を実行し、その像に基づいてボンディングツール１２０の組付誤差を把握する。
【0053】
図７は、ボンディングツール１２０の先端部に第１確認指標１２１と第２確認指標１２２が設けられている様子を示す。第１確認指標１２１は、ボンディングツール１２０の先端部側面のうち第１撮像ユニット１３０側に設けられ、第２確認指標１２２は、同じく先端部側面のうち第２撮像ユニット１４０側に設けられている。ボンディングツール１２０が降下されて先端部がダイパッド３２０へ近づくと、第１確認指標１２１は、第１撮像ユニット１３０の視界かつ被写界深度内に進入し、第２確認指標１２２は、第２撮像ユニット１４０の視界かつ被写界深度内に進入する。その時点でボンディングツール１２０の降下を一旦させ、第１撮像ユニット１３０により第１確認指標１２１の撮像を、第２撮像ユニット１４０により第２確認指標１２２の撮像を実行させる。
【0054】
算出部１１２は、第１画像から第１確認指標１２１の指標像の座標（ｘ1A，ｙ1A）を抽出する。同様に、第２画像から第２確認指標１２２の指標像の座標（ｘ2B，ｙ2B）を抽出する。ただし、第１画像には第２確認指標１２２の指標像は写り込まないので、その座標（ｘ1B，ｙ1B）を抽出することはできない。同様に、第２画像には第１確認指標１２１の指標像は写り込まないので、その座標（ｘ2A，ｙ2A）を抽出することはできない。
【0055】
ここで、ボンディングツール１２０の先端部において第１確認指標１２１と第２確認指標１２２の相対位置は既知である。したがって、第１確認指標１２１の指標像について抽出された（ｘ1A，ｙ1A）と仮の（ｘ2A，ｙ2A）のペアから変換される三次元座標（ＸA，ＹA，ＺA）と、第２確認指標１２２の指標像について抽出された（ｘ2B，ｙ2B）と仮の（ｘ1B，ｙ1B）のペアから変換される三次元座標（ＸB，ＹB，ＺB）の差が既知の相対位置となるように（ＸA，ＹA，ＺA）と（ＸB，ＹB，ＺB）の組み合わせを探索する。条件を満たす三次元座標が見つかれば、それらを第１確認指標１２１と第２確認指標１２２の三次元座標に決定する。
【0056】
このように第１確認指標１２１と第２確認指標１２２の三次元座標が得られれば、ボンディングツール１２０の先端部の座標も精確に算出することができる。したがって、ボンディングツール１２０がヘッド部１１０に対して多少の誤差を含んで組付けられていたとしても、その誤差を修正して、半導体チップ３１０をダイパッド３２０へ精度よく載置することができる。
【0057】
以上、ダイボンダ１００を例として本実施形態を説明したが、本実施形態に係る三次元座標の算出手法や構成を適用し得る位置制御装置はダイボンダに限らない。例えば、フリップチップボンダやワイヤボンダにも適用し得る。ワイヤボンダに適用する場合には、ステージに載置された対象物に対して作業を行うツール部は、キャピラリ等となる。さらには、ウェハを半導体チップに小片化するダイサ等に適用することもできる。また、ボンディングツール等のツール部が、対象物に接近する場合に限らず、対象物から離隔する場合もあり得る。例えば、ツール部が対象物の表面を掘穿した後に特定箇所に接触しないようにツール部を退避させる作業を行う場合には、駆動制御部はツール部を対象物から離隔させる。
【符号の説明】
【0058】
１００…ダイボンダ、１１０…ヘッド部、１２０…ボンディングツール、１２１…第１確認指標、１２２…第２確認指標、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…ヘッド駆動モータ、１６０…ツール駆動モータ、１７０…演算処理部、１７１…画像取得部、１７２…算出部、１７３…駆動制御部、１８０…記憶部、１８１…変換テーブル、１９０…入出力デバイス、２１０…架台、２２０…ステージ、３１０…半導体チップ、３２０…ダイパッド、３２１…指標、３３０…リードフレーム、４００…チャート、４００’…チャート像、４１０…ドット、４１０’…ドット像
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】