(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-26
(45)【発行日】2023-10-04
(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 21/60 20060101AFI20230927BHJP
【ＦＩ】
H01L21/60 311T
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2022564402
(86)(22)【出願日】2021-11-16
(86)【国際出願番号】 JP2021042065
【審査請求日】2022-10-21
(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】国際公開第２０１５／１９０４７１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－０９２０９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２３８９７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０１－１８３３３９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／６０
２１／４４７－２１／４４９
２１／５２
２１／５８
Ｈ０５Ｋ １３／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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載置して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演算する較正制御部と、
前記実装ツールに保持された前記実装体の基準位置が前記載置予定領域の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、実装させる実装制御部と
を備え、
前記較正制御部は、前記載置予定領域の想定される載置高さごとの前記較正値を、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載置高さに合わせて配置された較正指標を撮像させて出力させた前記俯瞰画像と前記仰視画像に基づいて演算し、
前記実装制御部は、前記実装体のうち前記載置予定領域への接触予定面が前記載置高さと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接触予定面を撮像させ出力させた前記仰視画像に基づいて前記基準位置を認識し、前記焦点面が前記載置高さと同一面と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載置高さに対応する前記較正値に基づいて前記目標位置を認識する実装装置。
【請求項2】
演算する前記較正値に応じて前記較正指標を対応する前記載置高さに調整する調整機構を備える請求項１に記載の実装装置。【請求項3】
前記較正指標は、想定される前記載置高さに応じて複数設けられている請求項１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、前記載置高さごとの前記較正値を演算して更新する請求項１から３のいずれか１項に記載の実装装置。【請求項5】
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、前記載置高さごとの前記較正値を演算して更新する請求項１から４のいずれか１項に記載の実装装置。【請求項6】
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、前記載置高さごとの前記較正値を演算して更新する請求項１から５のいずれか１項に記載の実装装置。
【請求項7】
前記較正制御部は、前記実装制御部が前記実装体の前記接触予定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、前記実装体の前記載置高さに対応する前記較正値を演算する請求項１から３のいずれか１項に記載の実装装置。【請求項8】
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１から７のいずれか１項に記載の実装装置。
【請求項9】
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載置して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演算する較正制御ステップと、
前記実装ツールに保持された前記実装体の基準位置が前記載置予定領域の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、実装させる実装制御ステップと
を有し、
前記較正制御ステップは、前記載置予定領域の想定される載置高さごとの前記較正値を、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載置高さに合わせて配置された較正指標を撮像させて出力させた前記俯瞰画像と前記仰視画像に基づいて演算し、
前記実装制御ステップは、前記実装体のうち前記載置予定領域への接触予定面が前記載置高さと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接触予定面を撮像させ出力させた前記仰視画像に基づいて前記基準位置を認識し、前記焦点面が前記載置高さと同一面と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載置高さに対応する前記較正値に基づいて前記目標位置を認識する実装方法。
【請求項10】
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載置して実装体する実装ツールと、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演算する較正制御ステップと、
前記実装ツールに保持された前記実装体の基準位置が前記載置予定領域の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、実装させる実装制御ステップと
をコンピュータに実行させ、
前記較正制御ステップは、前記載置予定領域の想定される載置高さごとの前記較正値を、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載置高さに合わせて配置された較正指標を撮像させて出力させた前記俯瞰画像と前記仰視画像に基づいて演算し、
前記実装制御ステップは、前記実装体のうち前記載置予定領域への接触予定面が前記載置高さと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接触予定面を撮像させ出力させた前記仰視画像に基づいて前記基準位置を認識し、前記焦点面が前記載置高さと同一面と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載置高さに対応する前記較正値に基づいて前記目標位置を認識す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】
【文献】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載置して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が出力する俯瞰画像に基づいて算出される座標値と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演算する較正制御部と、実装ツールに保持された実装体の基準位置が載置予定領域の目標位置に合致するように実装体を載置予定領域に載置させ、実装させる実装制御部とを備え、較正制御部は、載置予定領域の想定される載置高さごとの較正値を、俯瞰用撮像ユニットと仰視用撮像ユニットに載置高さに合わせて配置された較正指標を撮像させて出力させた俯瞰画像と仰視画像に基づいて演算し、実装制御部は、実装体のうち載置予定領域への接触予定面が載置高さと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接触予定面を撮像させ出力させた仰視画像に基づいて基準位置を認識し、焦点面が載置高さと同一面となるように俯瞰用撮像ユニットの位置を調整して俯瞰用撮像ユニットに載置予定領域を撮像させた俯瞰画像と載置高さに対応する較正値に基づいて目標位置を認識する。
【0007】
本発明の第２の態様における実装方法は、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載置して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、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を備える実装装置を用いた実装体の実装方法であって、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演算する較正制御ステップと、実装ツールに保持された実装体の基準位置が載置予定領域の目標位置に合致するように実装体を載置予定領域に載置させ、実装させる実装制御ステップとを有し、較正制御ステップは、載置予定領域の想定される載置高さごとの較正値を、俯瞰用撮像ユニットと仰視用撮像ユニットに載置高さに合わせて配置された較正指標を撮像させて出力させた俯瞰画像と仰視画像に基づいて演算し、実装制御ステップは、実装体のうち載置予定領域への接触予定面が載置高さと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接触予定面を撮像させ出力させた仰視画像に基づいて基準位置を認識し、焦点面が載置高さと同一面となるように俯瞰用撮像ユニットの位置を調整して俯瞰用撮像ユニットに載置予定領域を撮像させた俯瞰画像と載置高さに対応する較正値に基づいて目標位置を認識する。
【0008】
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載置して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、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、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演算する較正制御ステップと、実装ツールに保持された実装体の基準位置が載置予定領域の目標位置に合致するように実装体を載置予定領域に載置させ、実装させる実装制御ステップとをコンピュータに実行させ、較正制御ステップは、載置予定領域の想定される載置高さごとの較正値を、俯瞰用撮像ユニットと仰視用撮像ユニットに載置高さに合わせて配置された較正指標を撮像させて出力させた俯瞰画像と仰視画像に基づいて演算し、実装制御ステップは、実装体のうち載置予定領域への接触予定面が載置高さと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接触予定面を撮像させ出力させた仰視画像に基づいて基準位置を認識し、焦点面が載置高さと同一面となるように俯瞰用撮像ユニットの位置を調整して俯瞰用撮像ユニットに載置予定領域を撮像させた俯瞰画像と載置高さに対応する較正値に基づいて目標位置を認識する。
【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第１予定面の高さに調整された較正指標を撮像する様子を示す図である。
【図5】３つの撮像ユニットが第２予定面の高さに調整された較正指標を撮像する様子を示す図である。
【図6】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7】第３撮像ユニットが第１半導体チップを撮像する様子を示す図である。
【図8】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9】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11】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12】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13】ボンディングツールが退避する様子を示す図である。
【図14】第３撮像ユニットが第２半導体チップを撮像する様子を示す図である。
【図15】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16】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17】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18】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19】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20】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21】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22】他の実施例において３つの撮像ユニットが第１予定面の高さに調整された較正指標を撮像する様子を示す図である。
【図23】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24】さらに他の実施例における較正ユニットの較正指標の配置について説明する図である。
【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、支持台１７４、ロッド１７５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。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。
【0019】
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。また、指標駆動モータ１７１は、ロッド１７５を高さ方向へ進退させる。ロッド１７５の一端には指標プレート１７２の端部が旋回可能に締結されており、他端には支持台１７４が締結されている。支持台１７４には、第３撮像ユニット１５０が固定されている。すなわち、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、常に較正指標１７３が第３撮像ユニット１５０の焦点面１５０ａとなるように、両者の間隔がロッド１７５によって調整されている。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、両者の間隔はその被写界深度の範囲であればずれが許容される。
【0020】
指標駆動モータ１７１は、ロッド１７５を高さ方向へ進退させることにより、第３撮像ユニット１５０の焦点面１５０ａを較正指標１７３の印刷面に保ったまま、較正指標１７３の高さを調整することができる。具体的には、第１半導体チップ３１０ａを載置する載置予定面である第１予定面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面である第２予定面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）に較正指標１７３の高さを揃えることができる。換言すれば、指標駆動モータ１７１は、ロッド１７５を高さ方向へ進退させることにより、第３撮像ユニット１５０の焦点面１５０ａを第１予定面３３０ａや第２予定面３３０ｂに一致させることができる。この場合、較正指標１７３は第３撮像ユニット１５０の視野から退避されていてもよい。
【0021】
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によって構成される。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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、ロッド１７５を高さ方向へ進退させる。
【0027】
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、第３撮像ユニット１５０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。
【0028】
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、載置予定領域の想定される載置高さごとの較正値を、俯瞰用撮像ユニットと仰視用撮像ユニットに載置高さに合わせて配置された較正指標１７３を撮像させて出力させた俯瞰画像と仰視画像に基づいて演算する。具体的には、較正制御部２１３は、較正指標１７３が半導体チップ３１０の載置予定領域と同一面となるように指標プレート１７２の位置を調整し、俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａも当該載置予定領域と同一面となるようにヘッド部１１０の位置を調整する。また、上述のように指標プレート１７２の位置を調整すると仰視用撮像ユニットの焦点面１５０ａも当該載置予定領域と同一面となるので、その調整後に仰視用撮像ユニットに較正指標１７３を撮像させる。
【0029】
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のうち載置予定領域への接触予定面が当該載置予定領域の載置高さと等しくなるようにボンディングツール１２０の位置を調整し、また、仰視用撮像ユニットの焦点面１５０ａも当該載置予定領域の載置高さと等しくなるように調整する。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が載置予定領域の載置高さと等しく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、第１予定面３３０ａや第２予定面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を第１予定面３３０ａ、第２予定面３３０ｂに一致させる位置制御は、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し、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、載置が予定される高さごとに算出する。そして、半導体チップ３１０を載置予定領域の目標位置にボンディングするボンディング処理においては、較正処理によって算出した較正値のいずれかを用いて精確な目標位置を決定する。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第１予定面３３０ａの高さに調整された較正指標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、支持台１７４に固定された第３撮像ユニット１５０の視野に対してほぼ中心に位置する。さらに較正制御部２１３は、指標駆動モータ１７１を駆動することにより、較正指標１７３の印刷面が第１半導体チップ３１０ａを載置する載置面である第１予定面３３０ａと同一面となるようにロッド１７５を上下させて調整する。このとき、第３撮像ユニット１５０の焦点面１５０ａも、第１予定面３３０ａと同一面となる。
【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が第１予定面３３０ａ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（Ｘｈｒａ，Ｙｈｒａ，Ｚｈｒａ）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（Ｘｓｒａ，Ｙｓｒａ，Ｚｓｒａ）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Ｘｈｒａ＝Ｘｓｒａ、Ｙｈｒａ＝Ｙｓｒａ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（ΔＸａ，ΔＹａ）を第１予定面３３０ａに対する第１較正値とする。具体的には、誤差は差分として表され、ΔＸａ＝Ｘｓｒａ－Ｘｈｒａ、ΔＹａ＝Ｙｓｒａ－Ｙｈｒａとすることができる。このように第１予定面３３０ａに対する第１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第１予定面３３０ａ上の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（Ｘｈｔａ，Ｙｈｔａ，Ｚｈｔａ）であったとすると、第１較正値を加味して（Ｘｈｔａ＋ΔＸａ，Ｙｈｔａ＋ΔＹａ，Ｚｈｔａ）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。較正制御部２１３は、このように算出した第１較正値を、較正データ２２１として記憶部２２０に記憶する。
【0042】
較正制御部２１３は、続いて第２半導体チップ３１０ｂを載置する載置面である第２予定面３３０ｂに対する第２較正値を演算する。本実施形態において第２予定面３３０ｂは、リードフレーム３３０に接着された第１半導体チップ３１０ａの上面である。図５は、３つの撮像ユニットが第２予定面３３０ｂの高さに調整された較正指標を撮像する様子を示す図である。
【0043】
較正制御部２１３は、指標駆動モータ１７１を駆動することにより、較正指標１７３の印刷面が第２半導体チップ３１０ｂを載置する載置面である第２予定面３３０ｂと同一面となるようにロッド１７５を上昇させて調整する。このとき、第３撮像ユニット１５０の焦点面１５０ａも、第２予定面３３０ｂと同一面となる。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が第２予定面３３０ｂと一致するようにヘッド部１１０を上昇させる。
【0044】
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（Ｘｈｒｂ，Ｙｈｒｂ，Ｚｈｒｂ）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（Ｘｓｒｂ，Ｙｓｒｂ，Ｚｓｒｂ）を算出する。
【0045】
第１較正値と同様に、第２予定面３３０ｂに対する較正値を第２較正値（ΔＸｂ，ΔＹｂ）とすると、ΔＸｂ＝Ｘｓｒｂ－Ｘｈｒｂ、ΔＹｂ＝Ｙｓｒｂ－Ｙｈｒｂとすることができる。このように第２予定面３３０ｂに対する第２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第２予定面３３０ｂ上の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（Ｘｈｔｂ，Ｙｈｔｂ，Ｚｈｔｂ）であったとすると、第２較正値を加味して（Ｘｈｔｂ＋ΔＸｂ，Ｙｈｔｂ＋ΔＹｂ，Ｚｈｔｂ）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。較正制御部２１３は、このように算出した第２較正値を、較正データ２２１として記憶部２２０に記憶する。
【0046】
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。
【0047】
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。例えば、第１半導体チップ３１０ａの新たなロットが供給されるタイミングで第１較正値を更新し、第２半導体チップ３１０ｂの新たなロットが供給されるタイミングで第２較正値を更新してもよい。
【0048】
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、周辺温度がいずれかの設定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。
【0049】
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６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。
【0050】
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。
【0051】
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。また、第３撮像ユニット１５０の焦点面１５０ａが第１予定面３３０ａと一致していない場合には、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ロッド１７５を上下させて焦点面１５０ａを第１予定面３３０ａへ一致させる。
【0052】
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７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を撮像する様子を示す図である。
【0053】
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が第１予定面３３０ａ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、保持している第１半導体チップ３１０ａのうちリードフレーム３３０への接触予定面が第１予定面３３０ａ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、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を第３撮像ユニット１５０に撮像させる。
【0054】
図８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。
【0055】
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。
【0056】
図８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。
【0057】
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。
【0058】
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予定面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。
【0059】
図９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１０は、図９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。
【0060】
図９および図１０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。
【0061】
図１１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。
【0062】
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から第１較正値（ΔＸａ，ΔＹａ）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＋ΔＸａ，Ｙｋ＋ΔＹａ，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。
【0063】
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＋ΔＸａ，Ｙｋ＋ΔＹａ，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。
【0064】
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１２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。
【0065】
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。
【0066】
本実施形態においては、図４を用いて説明したように、第１予定面３３０ａに俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａと較正指標１７３の印刷面を揃えて第１較正値を算出している。すなわち、第１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７および図８を用いて説明したように、第１予定面３３０ａ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。すなわち、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のＺ方向の位置は、第１半導体チップ３１０ａ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。
【0067】
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９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１２のように第１半導体チップ３１０ａを第１予定面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予定面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。このような観点において、第１較正値を算出する場合に、第１予定面３３０ａに対して焦点面１１０ａと較正指標１７３の印刷面を一致させることや、チップ基準マーク３１１ａの三次元座標を算出する場合に、第１予定面３３０ａに対して第１半導体チップ３１０ａの接触予定面を一致させることが有効である。
【0068】
図１３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。
【0069】
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６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。
【0070】
図１４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を撮像する様子を示す図である。ボンディング制御部２１４は、図示するように、第３撮像ユニット１５０の焦点面１５０ａが第２半導体チップ３１０ｂを載置する載置予定面である第２予定面３３０ｂと一致するように、ロッド１７５を上昇させて焦点面１５０ａを第２予定面３３０ｂへ一致させる。
【0071】
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が第２予定面３３０ｂ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への接触予定面が第２予定面３３０ｂ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、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を第３撮像ユニット１５０に撮像させる。
【0072】
図１５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。
【0073】
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。
【0074】
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を載置する対象である第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予定面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。
【0075】
図１６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。
【0076】
図１７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。
【0077】
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から第２較正値（ΔＸｂ，ΔＹｂ）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＋ΔＸｂ，Ｙｊ＋ΔＹｂ，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＋ΔＸｂ，Ｙｊ＋ΔＹｂ，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。
【0078】
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１８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。
【0079】
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。
【0080】
本実施形態においては、図５を用いて説明したように、第２予定面３３０ｂに俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａと較正指標１７３の印刷面を揃えて第２較正値を算出している。すなわち、第２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１４および図１５を用いて説明したように、第２予定面３３０ｂ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。すなわち、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のＺ方向の位置は、第２半導体チップ３１０ｂを第１半導体チップ３１０ａに載置するときのボンディングツール１２０のＺ方向の位置と同じである。
【0081】
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１６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１８のように第２半導体チップ３１０ｂを第２予定面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予定面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。このような観点において、第２較正値を算出する場合に、第２予定面３３０ｂに対して焦点面１１０ａと較正指標１７３の印刷面を一致させることや、チップ基準マーク３１１ｂの三次元座標を算出する場合に、第２予定面３３０ｂに対して第２半導体チップ３１０ｂの接触予定面を一致させることが有効である。
【0082】
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。さらに新たな半導体チップ３１０（第１半導体チップ３１０ａ、第２半導体チップ３１０ｂ）をボンディングする場合には、再び図６の状態へ戻して処理を繰り返す。
【0083】
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１９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。
【0084】
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。
【0085】
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。
【0086】
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。
【0087】
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。
【0088】
図２０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および図５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、カウンターｎに「１」を代入する。続いて、ステップＳ１１０２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。
【0089】
ステップＳ１１０３へ進み、較正制御部２１３は、第３撮像ユニット１５０の焦点面１５０ａと較正指標１７３の印刷面が第ｎ予定面と一致するように、これらの高さを調整する。例えばｎ＝１であれば第１予定面３３０ａと一致するように調整する。続くステップＳ１１０４で、較正指標１７３の印刷面が第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。
【0090】
較正制御部２１３は、ステップＳ１１０５で、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Ｓ１１０６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平面方向の差分を第ｎ予定面に対する第ｎ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。
【0091】
較正制御部２１３は、ステップＳ１１０７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Ｓ１１０８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Ｓ１１０３へ戻ってインクリメントされたｎに対応する第ｎ較正値の算出を実行する。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Ｓ１１０９へ進む。
【0092】
較正制御部２１３は、ステップＳ１１０９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。
【0093】
図２１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６から図１８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。
【0094】
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。
【0095】
ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２０３で、第３撮像ユニット１５０の焦点面１５０ａが第ｎ予定面と一致するように第３撮像ユニット１５０の高さを調整する。続くステップＳ１２０４で、第ｎ予定面が第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Ｓ１２０５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第ｎ予定面と一致するように、ボンディングツール１２０を降下させる。
【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Ｓ１２０６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Ｓ１２０７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。
【0097】
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予定面と一致するようにヘッド部１１０の高さを調整する。
【0098】
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、ステップＳ１２１１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、写り込んでいる基準マークの画像座標および第ｎ較正値等に基づいて目標位置の三次元座標を算出する。
【0099】
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。
【0100】
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。
【0101】
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第ｎ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。
【0102】
図２２は、他の実施例において３つの撮像ユニットが第１予定面３３０ａの高さに調整された較正指標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、第ｎ較正値を算出する較正処理を実行する。
【0103】
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、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。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が第１予定面３３０ａ、および第１予定面と一致するように高さが調整された較正指標１７３の印刷面と一致す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。
【0104】
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、上述のように第１較正値を算出する。較正制御部２１３が第１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７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。なお、第１較正値を算出する処理と第１半導体チップ３１０ａの基準位置を算出する処理は逆順であっても構わない。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第１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。
【0105】
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、第２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第２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１４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第２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。
【0106】
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が各撮像ユニットに高さが調整された較正指標を撮像させ、第ｎ較正値を更新すれば、第ｎ較正値を算出した時点と当該第ｎ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。
【0107】
図２３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１９から図２１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。
【0108】
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Ｓ１２０１に前後して、あるいはステップＳ１２０１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Ｓ１１０２を実行する。
【0109】
続いてステップＳ１１０３へ進み、較正制御部２１３は、第３撮像ユニット１５０の焦点面１５０ａと較正指標１７３の印刷面が第ｎ予定面と一致するように、これらの高さを調整する。そしてステップＳ１１０４で、較正指標１７３の印刷面が第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。
【0110】
続くステップＳ１１０５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Ｓ１１０６で、第ｎ較正値を算出する。第ｎ較正値を算出したら、ステップＳ１１０９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。
【0111】
較正制御部２１３が較正指標１７３を退避させたら、ボンディング制御部２１４は、第ｎ半導体チップの接触予定面を第ｎ予定面と一致するまで降下させるステップＳ１２０５を実行する。ステップＳ１２０５からステップＳ１２１２までは、図２１を用いて説明した処理手順と同様である。なお、ステップＳ１２１１において目標位置を決定する演算で用いられる較正値は、ステップＳ１２０５に先立って実行されたステップＳ１１０６で算出された第ｎ較正値である。
【0112】
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。
【0113】
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。
【0114】
以上説明した本実施形態においては、各撮像ユニットが較正指標１７３をより好条件で撮像できるようにするために、各撮像ユニットの視野の中心付近に較正指標１７３を移動させた。そのため、ボンディング処理においては較正指標１７３を各撮像ユニットの視野から退避させる作業が必要となった。また、第ｎ較正値を算出するためには、較正指標１７３の印刷面を第ｎ予定面に一致させる作業が必要であった。
【0115】
そこで、このような較正指標１７３の退避作業や高さ調整作業を省くことができる他の実施例について説明する。図２４は、他の実施例における較正ユニット１７０’の較正指標の配置について説明する図である。
【0116】
例えば各撮像ユニットが、視野周辺部の収差が位置算出の誤差要因とならない程度の性能を有する光学系を備えるのであれば、較正指標を視野周辺部に常時観察できるように配置しても構わない。すなわち、較正値の算出に与える影響がほとんどなく、ボンディング処理時における半導体チップの接触予定面を第３撮像ユニット１５０で撮像する場合に邪魔にならないのであれば、較正指標は、各撮像ユニットの視野周辺部に常置され得る。
【0117】
較正ユニット１７０’は、第ｎ予定面のそれぞれに対応する複数の較正指標が第３撮像ユニット１５０の視野周辺部に固定されて設けられている。具体的には、例えば第１指標プレート１７２ａが、その上面が第１予定面と一致するように、第３撮像ユニット１５０の視野周辺部の一領域に固定して設けられており、当該上面に第１較正指標１７３ａが印刷されている。第２較正指標１７３ｂが印刷された第２指標プレート１７２ｂや、第３較正指標１７３ｃが印刷された第３指標プレート１７２ｃも、それぞれ第２予定面、第３予定面に対応するように、第３撮像ユニット１５０の視野周辺部の一領域に固定して設けられている。なお、各較正指標は、各撮像ユニットが撮像する俯瞰画像、仰視画像においてそれぞれの像が互いに重なり合わないように、間隔が調整されている。なお、ここでは予定積層総数が「３」の場合についての構成を説明したが、較正指標は予定積層総数に応じて設けられる。このように構成された較正ユニット１７０’を用いれば、較正指標の退避作業や高さ調整作業を省くことができるので、較正ユニットの構成を簡略化したり、ボンディング処理に要するリードタイムの短縮にも寄与する。
【0118】
また、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】
【0119】
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、１５１…第３光学系、１５２…第３撮像素子、１７０、１７０’…較正ユニット、１７１…指標駆動モータ、１７２…指標プレート、１７２ａ…第１指標プレート、１７２ｂ…第２指標プレート、１７２ｃ…第３指標プレート、１７３…較正指標、１７３ａ…第１較正指標、１７３ｂ…第２較正指標、１７３ｃ…第３較正指標、１７４…支持台、１７５…ロッド、１９０…ステージ、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予定面、３３０ｂ…第２予定面、５００…チップ供給装置、５１０…ピックアップ機構、５２０…反転機構
【要約】
実装装置は、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との差分を較正する較正値を、積層する実装体の載置予定領域の想定される載置高さごとに求める。較正制御部は、当該較正値を、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載置高さに合わせて配置された較正指標を撮像させて出力させた俯瞰画像と仰視画像に基づいて演算する。実装制御部は、実装体の接触予定面が載置高さと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撮像させた仰視画像に基づいて基準位置を認識し、焦点面が載置高さと同一面となるように俯瞰用撮像ユニットの位置を調整して俯瞰用撮像ユニットに載置予定領域を撮像させた俯瞰画像と載置高さに対応する較正値に基づいて目標位置を認識する。
【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】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】