JP2000124232A - 平行度測定装置 - Google Patents

平行度測定装置

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JP2000124232A
JP2000124232A JP10298470A JP29847098A JP2000124232A JP 2000124232 A JP2000124232 A JP 2000124232A JP 10298470 A JP10298470 A JP 10298470A JP 29847098 A JP29847098 A JP 29847098A JP 2000124232 A JP2000124232 A JP 2000124232A
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distance
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head
measuring device
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Yukihiro Goto
幸博 後藤
Mitsuji Inoue
三津二 井上
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】容易、かつ、高精度にボンディングツールとボ
ンディングヘッドとの平行出しを行うことができる平行
度測定装置を提供すること。 【解決手段】ボンディングステージ11上に配置される
測定ヘッド30と、この測定ヘッド30に設けられ、ボ
ンディングヘッド16までの距離を測定する距離センサ
32a〜32cと、距離センサ32a〜32cからの距
離情報に基づいてボンディングヘッド16とボンディン
グステージ11との平行度を算出する平行度演算回路4
3とを備えるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボンディングステ
ージに対するボンディングヘッドの平行出しを容易に行
うことができる平行度測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体チップを基板にボンディングする
ボンディング装置においては、半導体チップを支持する
ボンディングヘッドと、基板を支持するボンディングス
テージとの平行度が悪いと、ボンディングヘッドに吸着
された半導体チップは、基板に対して一様にボンディン
グされない。このため、極端に平行度が悪い場合には半
導体チップの一部だけが基板に接触しない等の不良発生
原因となる。
【0003】これを避けるため、ボンディング装置では
定期的にボンディングヘッドとボンディングステージの
平行度を測定し、平行度が悪い場合は調整を行ってい
る。例えば特開平9−219425では、ボンディング
ヘッドを移動させながら、距離測定器にてボンディング
ステージとボンディングヘッドとの距離を測定し、この
結果として平行度を求めている。また、特開平6−31
0575では、先端が例えば球状の測定子をボンディン
グヘッドとボンディングステージとで挟み込み、ボンデ
ィングヘッドの加圧力測定センサが一定圧力を感知した
時点のボンディングツール位置から平行度を求めるもの
である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の平行度
測定方法では、次のような問題があった。すなわち、特
開平9−219425で開示されたものでは、一度に一
点の測定値しか求めることができず、距離測定、ボンデ
ィングヘッドの平行度調整、次の距離測定、といった作
業を数回繰り返すことが必要である。また、レーザ光や
磁気センサを距離測定器として用いているが、一般にこ
れらの測定器は温度変化により測定値に誤差が生じるこ
とが知られている。さらに、測定できるツールの平行度
とは、測定器に対する平行度であって、本来必要なボン
ディングステージとの平行度は測られない。ボンディン
グツールとボンディングステージの両方を測定すればボ
ンディングツールとボンディングステージとの平行度は
求められるが、ボンディングツールの測定とボンディン
グステージの測定の二段階で測定することになり、平行
を出すための調整が困難になるとともに調整に熟練と時
間を要する。
【0005】一方、特開平6−310575で開示され
たものは、例えば球状の測定子に対して一定の圧力を加
えるとしているが、この方法は測定を繰り返すことで測
定子の変形、若しくはボンディングヘッドに圧痕ができ
てしまい、正確な測定はできない。一度に一点しか測定
できないことも前記技術と同様である。
【0006】そこで本発明は、熟練を必要とすることな
く、容易、かつ、高精度にボンディングツールとボンデ
ィングヘッドとの平行出しを行うことができるボンディ
ング装置用平行度測定装置を提供することを目的として
いる。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決し目的を
達成するために、請求項1に記載された発明は、装着部
品を保持するボンディングヘッドと被装着部品を保持す
るボンディングステージとの平行度を測定する平行度測
定装置において、前記ボンディングステージ上に配置さ
れる測定ヘッドと、この測定ヘッドに設けられ、前記ボ
ンディングヘッドまでの距離を測定する複数の距離セン
サと、これら距離センサからの距離情報に基づいて前記
ボンディングヘッドと前記ボンディングステージとの平
行度を算出する平行度演算部とを備えるようにした。
【0008】請求項2に記載された発明は、請求項1に
記載された発明において、前記平行度演算部で求められ
た前記平行度に基づいて前記ボンディングヘッドと前記
ボンディングステージとの傾きを調整する調整部とを備
えるようにした。
【0009】請求項3に記載された発明は、請求項1に
記載された発明において、前記複数の距離センサは、同
一平面上に配置されている。請求項4に記載された発明
は、請求項3に記載された発明において、前記複数の距
離センサは、同一直線上に配置されない少なくとも3つ
の距離センサを備え、これら距離センサを順次切り換え
て距離測定を行うこととした。
【0010】請求項5に記載された発明は、請求項1に
記載された発明において、前記測定ヘッドは、前記複数
の距離センサから所定距離だけ離間した位置に配置され
た距離補正用治具を備え、前記各測定センサ相互の較正
を行うこととした。
【0011】請求項6に記載された発明は、請求項1に
記載された発明において、前記測定ヘッドは、前記ボン
ディングステージに吸着する吸着部を備えている。請求
項7に記載された発明は、請求項1に記載された発明に
おいて、前記測定ヘッドは、前記距離センサの近傍に設
けられた温度測定器とを備え、前記温度測定器によって
測定された温度に基づいて前記距離センサによって測定
された距離の補正を行うこととした。
【0012】請求項8に記載された発明は、請求項1に
記載された発明において、前記平行度演算部で算出され
た前記平行度を表示する平行度表示部を備え、前記平行
度演算部は、前記平行度を繰り返し演算することとし
た。
【0013】請求項9に記載された発明は、請求項8に
記載された発明において、前記平行度表示部は、前記平
行度をグラフィックス表示するものである。上記手段を
講じた結果、次のような作用が生じる。すなわち、請求
項1に記載された発明では、ボンディングステージ上に
配置される測定ヘッドに設けられた複数の距離センサに
より、ボンディングヘッドまでの距離を計測し、距離情
報に基づいてボンディングヘッドとボンディングステー
ジとの平行度を算出することができる。
【0014】請求項2に記載された発明では、求められ
た平行度に基づいてボンディングヘッドとボンディング
ステージとの傾きを調整することができる。請求項3に
記載された発明では、複数の距離センサは、同一平面上
に配置されているので、各距離センサからの出力を比較
することで、容易に平行度を算出することができる。
【0015】請求項4に記載された発明では、複数の距
離センサは、同一直線上に配置されない少なくとも3つ
の距離センサを備え、これら距離センサを順次切り換え
て距離測定を行うので、少ない数のセンサで平行度を正
確に求めることができる。また、センサからの出力を処
理する回路を単純化することができる。
【0016】請求項5に記載された発明では、測定ヘッ
ドは、複数の距離センサから所定距離だけ離間した位置
に配置された距離補正用治具を備えることで、各測定セ
ンサ相互の較正を容易に行うことができる。
【0017】請求項6に記載された発明では、測定ヘッ
ドは、ボンディングステージに吸着する吸着部を備えて
いるので、測定ヘッドとボンディングステージとを密着
させることができ、測定ヘッドとボンディングステージ
との間に発生する隙間による誤差を防止することができ
る。
【0018】請求項7に記載された発明では、距離セン
サの近傍に設けられた温度測定器とを備え、温度測定器
によって測定された温度に基づいて距離センサによって
測定された距離の補正を行うこととしたので、温度が変
化しても正確に平行度を測定することができる。
【0019】請求項8に記載された発明では、平行度を
繰り返し演算することとしたので、平行度表示部にリア
ルタイムに平行度を表示させることができる。請求項9
に記載された発明では、平行度表示部は、平行度をグラ
フィックス表示するものであるので、作業者が表示を見
ながら容易に平行度を調整することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施の形態に係
る平行度測定装置20が組込まれたボンディング装置1
0の構成を示す図である。図2は測定ヘッド30を示す
斜視図、図3は測定ヘッド30の縦断面図、図4は平行
度表示器44の正面図である。
【0021】ボンディング装置10は、ボンディングス
テージ11と、このボンディングステージ11に対向配
置されたボンディング機構12とを備えている。ボンデ
ィング機構12は、図示しないZ軸駆動機構に支持され
た支持部13と、この支持部13に取り付けられたボン
ディングヘッドX軸平行度調整機構14と、このボンデ
ィングヘッドX軸平行度調整機構14に取り付けられた
ボンディングヘッドY軸平行度調整機構15と、このボ
ンディングヘッドY軸平行度調整機構15に取り付けら
れたボンディングヘッド16とを備えている。また、図
1中14aはX軸平行度調整つまみ、15aはY軸平行
度調整つまみを示している。
【0022】なお、このボンディング装置10では、ボ
ンディングステージ11上に置かれたリードフレーム、
テープキャリア、基板等の被装着部品を用い、ボンディ
ングヘッド16に吸着保持された半導体チップ等の部品
を装着する機能を有している。
【0023】平行度測定装置20は、ボンディングステ
ージ11上に置かれた測定ヘッド30と、この測定ヘッ
ド30に接続された後述する距離センサ32a〜32c
からの出力に基づいて平行度を算出・表示する制御部4
0とを備えている。
【0024】制御部40は、距離センサ32a〜32c
からの出力信号を増幅するアンプ回路41と、このアン
プ回路41からの出力を補正する零点感度補正回路42
と、この零点感度補正回路42からの出力に基づいてボ
ンディングステージ11とボンディングヘッド16との
平行度を算出する平行度演算回路43と、この平行度演
算回路43により算出された平行度を表示する平行度表
示器44とを備えている。
【0025】測定ヘッド30は、直方体状のヘッド本体
31と、このヘッド本体31の図3中上面側に、それぞ
れ直角三角形の頂点位置となるように取り付けられた3
つの距離センサ32a〜32cと、図3中下面側に形成
された空間部33とを備えている。
【0026】距離センサ32a〜32cは、渦電流方式
の非接触タイプであり、各距離センサ32a〜32cの
出力信号はヘッド本体31側面から信号ケーブル34を
介してアンプ回路41に接続されている。
【0027】空間部33は、配管35を介して真空ポン
プ36に接続されている。平行度表示器44には、図4
に示すように、電源スイッチ44a、距離センサ32a
〜32cの較正スイッチ44b、平行度を測定開始する
ための測定スイッチ44c、距離センサ32a〜32c
の零点合せのための零点スイッチ44d、平行度測定装
置20の内部状態を初期化するためのリセットスイッチ
44eとが設けられている。
【0028】さらに、X軸回りにおける平行度であるX
平行度をグラフィック表示及び数値表示する表示部45
a,45bと、Y軸回りにおける平行度であるY軸平行
度とをグラフィック表示及び数値表示する表示部46
a,46bとが設けられている。なお、数値表示は、角
度表示とμm単位の長さ表示とを適宜表示できる。
【0029】上述した平行度測定装置20では、次のよ
うにしてボンディングステージ11とボンディングヘッ
ド16との平行度を測定し、ボンディング装置10の調
整を行う。すなわち、Z軸駆動機構によりボンディング
ヘッド16を下降させ、距離センサ32a〜32cによ
る測定可能な距離になるまで測定ヘッド30に接近させ
る。測定可能距離になった時点でボンディングヘッド1
6の下降を停止させ、距離センサ32a〜32cから順
次、出力を検出する。距離センサ32a〜32cから出
力された信号は信号ケーブル34を介してアンプ回路4
1、零点感度補正回路42、平行度演算回路43を通り
平行度表示器44にグラフィック及び数値で表示され
る。この平行度は3つの距離センサ32a〜32cから
次々と送られてくる信号に基づいて時々刻々表示されて
いる。
【0030】次にボンディングヘッドX軸平行度調整機
構14及びY軸平行度調整機構15をそれぞれ平行度表
示器44のグラフィック表示及び数値を見ながらX軸平
行度調整つまみ14a及びY軸平行度調整つまみ15a
によりボンディングヘッド16の傾きを調整する。平行
度のグラフィック表示及び数値が時々刻々表示されてい
るため、短時間に調整することが可能である。
【0031】上述したように本実施の形態に係る平行度
測定装置20では、ボンディングヘッド16とボンディ
ングステージ11との平行度が時々刻々と表示されるた
め、平行度の調整を短時間で行うことができる。さら
に、表示を見ながら傾き調整をすればよいため、熟練を
必要とせず、だれでも簡単に平行度の調整が可能とな
る。なお、本実施の形態においては、ボンディングヘッ
ド16の傾き調整をX軸平行度調整つまみ14a及びY
軸平行度調整つまみ15aを用いて作業者が行ったが、
X軸平行度調整つまみ14a及びY軸平行度調整つまみ
15aに駆動機構を設けて自動調整させるようにしても
よい。
【0032】図5は、測定ヘッド30の距離センサ32
a〜32cの近傍に熱電対等の温度センサ50を備えた
例である。すなわち、渦電流方式の非接触型の距離セン
サ32a〜32cは温度によって測定値が変化するた
め、各温度における距離センサ32a〜32cの測定値
を補正するようにしている。なお、各温度における距離
センサ32a〜32cの測定値を補正については、図6
に示すように行う。
【0033】図6は、温度の影響を受けないようにセラ
ミックス製の校正器51内に測定ヘッド30を挿入した
状態を示す図である。この校正器51には、平行度測定
装置20の測定ヘッド30よりも僅かに寸法が大きいく
りぬき穴52がある。このくりぬき穴52の精度較正の
ために2μmの精度で製作されている。測定ヘッド30
をこのくりぬき穴52に挿入する。
【0034】このような状態で0℃から200℃までの
各温度における距離センサ32a〜32cの測定値を予
め求めておき、平行度測定の際はこの温度センサ50に
よる温度測定結果に基づいて距離センサ32a〜32c
の出力を補正する。
【0035】一方、零点補正は、測定ヘッド30を校正
器51のくりぬき穴52に挿入し、各距離センサ32a
〜32cを測定器の出力が同じ値になるように零点感度
補正回路42で補正する。なお、本発明は実施の形態に
限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【0036】
【発明の効果】本発明によれば、ボンディングヘッドの
傾きを調整する際、ボンディングツールとボンディング
ステージとの平行度が常に表示されるため、熟練を必要
とせず、しかも短時間に調整が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る平行度測定装置が
組込まれたボンディング装置を示す構成図。
【図2】同ボンディング装置に組込まれた測定ヘッドを
示す斜視図。
【図3】同測定ヘッドを示す縦断面図
【図4】同ボンディング装置に組込まれた平行度表示器
を示す正面図。
【図5】温度センサを備えた測定ヘッドを示す斜視図。
【図6】校正器内に測定ヘッドを挿入した状態を示す斜
視図。
【符号の説明】
10…ボンディング装置 11…ボンディングステージ 16…ボンディングヘッド 20…平行度測定装置 30…測定ヘッド 32a〜32c…距離センサ 40…制御部 43…平行度演算回路 44…平行度表示器 50…温度センサ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】装着部品を保持するボンディングヘッドと
    被装着部品を保持するボンディングステージとの平行度
    を測定する平行度測定装置において、 前記ボンディングステージ上に配置される測定ヘッド
    と、 この測定ヘッドに設けられ、前記ボンディングヘッドま
    での距離を測定する複数の距離センサと、 これら距離センサからの距離情報に基づいて前記ボンデ
    ィングヘッドと前記ボンディングステージとの平行度を
    算出する平行度演算部とを備えていることを特徴とする
    平行度測定装置。
  2. 【請求項2】前記平行度演算部で求められた前記平行度
    に基づいて前記ボンディングヘッドと前記ボンディング
    ステージとの傾きを調整する調整部とを備えていること
    を特徴とする請求項1に記載の平行度測定装置。
  3. 【請求項3】前記複数の距離センサは、同一平面上に配
    置されていることを特徴とする請求項1に記載の平行度
    測定装置。
  4. 【請求項4】前記複数の距離センサは、同一直線上に配
    置されない少なくとも3つの距離センサを備え、 これら距離センサを順次切り換えて距離測定を行うこと
    を特徴とする請求項3に記載の平行度測定装置。
  5. 【請求項5】前記測定ヘッドは、前記複数の距離センサ
    から所定距離だけ離間した位置に配置された距離補正用
    治具を備え、 前記各測定センサ相互の較正を行うことを特徴とする請
    求項1に記載の平行度測定装置。
  6. 【請求項6】前記測定ヘッドは、前記ボンディングステ
    ージに吸着する吸着部を備えていることを特徴とする請
    求項1に記載の平行度測定装置。
  7. 【請求項7】前記測定ヘッドは、前記距離センサの近傍
    に設けられた温度測定器とを備え、 前記温度測定器によって測定された温度に基づいて前記
    距離センサによって測定された距離の補正を行うことを
    特徴とする請求項1に記載の平行度測定装置。
  8. 【請求項8】前記平行度演算部で算出された前記平行度
    を表示する平行度表示部を備え、 前記平行度演算部は、前記平行度を繰り返し演算するこ
    とを特徴とする請求項1に記載の平行度測定装置。
  9. 【請求項9】前記平行度表示部は、前記平行度をグラフ
    ィックス表示するものであることを特徴とする請求項8
    に記載の平行度測定装置。
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