JP2001308597A

JP2001308597A - チップ実装装置およびチップ実装装置における平行度調整方法

Info

Publication number: JP2001308597A
Application number: JP2000123606A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Arai; 義之新井; Akira Yamauchi; 朗山内; Yoshihiro Kinoshita; 義浩木下
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2001-11-02
Also published as: TW504493B; WO2001082674A1

Abstract

(57)【要約】【課題】複数のチップを基板にマルチポジションで実
装する、あるいは、ヘッドを自動交換する機能を備えて
いるチップ実装装置を使用する場合、各実装位置毎にあ
るいは各ヘッド毎に精度良く平行度を自動調整できる、
および、接触型検出手段による場合の不都合を生じさせ
ることなく、かつ、従来法に比べ測定、調整精度を大幅
に向上できるチップ実装装置における平行度調整方法を
提供する。【解決手段】ヘッドに保持されているチップと、基板
保持ステージに保持されている基板との平行度を調整す
る方法であって、チップ又はヘッドと、基板又は基板保
持ステージとの間の平行度を、チップ又はヘッドと基板
又は基板保持ステージとの複数の対応位置毎に、あるい
は、ヘッドが自動交換される場合の、ヘッド毎に測定
し、測定された平行度を目標精度範囲内に納めるための
平行度補正量を演算し、演算された平行度補正量に基づ
いて平行度を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チップ実装装置お
よびチップ実装装置における平行度調整方法に関し、と
くに、チップを基板に実装するに際し、チップと基板間
の平行度を、とくに基板に対するチップ実装位置毎に、
あるいは、交換されたヘッド毎に、精度良く調整できる
ようにした装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】回路基板や液晶基板にチップをボンディ
ングするチップ実装装置は既に広く実施されているが、
チップ実装の際、たとえばミクロン単位の精度が要求さ
れ、かつ、その精度に対する要求は益々高くなりつつあ
る。そのため、ヘッドと基板保持ステージ、ひいては、
ヘッドに保持されるチップと基板保持ステージに保持さ
れる基板との間の平行度は、極めて高精度に調整されな
ければならない。

【０００３】従来、手作業により、ヘッドと基板保持ス
テージとの間に感圧紙を圧接して平行度の測定または確
認を行っていたが、労力を要するとともに測定、調整に
ばらつきが生じるため、また、感圧紙（登録商標）によ
る加圧範囲に制限があるため、調整精度に限界があると
ともに調整に時間を要するという問題があった。

【０００４】このような問題に対し、先に本出願人によ
り、基板保持ステージに対するヘッドの平行度を、圧力
量に対応した電流の変化を検出し得る平面センサーを用
いて測定し、平行度の調整を自動化できるようにした方
法が提案されている（特開平１０−３２１６７４号公
報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法により、平行度の調整を自動化できるようになったも
のの、現状、さらに高精度の調整が要求されつつある。
また、上記方法では、平行度測定のための平面センサー
が、基板保持ステージとヘッドに接触し両者間に挟まれ
るため、その挟圧による平行度の狂いの発生、挟圧時に
各部に傷つきなどが発生するおそれがある。また、従来
の方法では、感圧紙や平面センサーをヘッドと基板間に
手挿入するため、生産中に平行度を自動測定することは
できなかった。そのため、測定により、生産性を低下さ
せることとなっていた。

【０００６】また、上記方法においては、あるいはその
他の従来法においても、平行度の調整は、ヘッドあるい
はそれに保持されるチップと、基板保持ステージあるい
はそれに保持される基板との間の、それぞれ単体同士の
平行度を測定するのみであった。そのため、ある基板に
対し、マルチポジションにて複数のチップを打つ場合、
それぞれのチップを打つ位置における各平行度までは注
目されていなかった。実際には、各位置毎に微妙に平行
度が変化するので、それに応じた調整ができれば、実際
に接合されるときのチップと基板との間の平行度は大幅
に高精度化されることになるが、従来法はこのような調
整には対応されていなかった。

【０００７】また、条件に応じてヘッドを自動交換ある
いは変更する場合にも次のような問題がある。すなわ
ち、ヘッドが交換されれば、基板保持ステージとの間の
平行度も変化することになるので、これに対応するため
には、従来法では交換毎に平行度の測定、調整が必要に
なるが、測定、調整は通常ある期間毎に定期的にあるい
はある期間をおいて不定期に行われているので、上記の
ような頻繁な測定、調整を自動で行うのは現実的には不
可能であった。

【０００８】そこで本発明の第１の課題は、複数のチッ
プを基板にマルチポジションで実装する場合、あるい
は、ヘッドを自動交換する機能を備えているチップ実装
装置を使用する場合、各実装位置毎にあるいは各ヘッド
毎に、精度良く平行度を自動調整できるようにしたチッ
プ実装装置における平行度調整方法を提供することにあ
る。

【０００９】また、本発明の第２の課題は、平行度の調
整において、非接触型の検出手段を用いることにより接
触型検出手段による場合の不都合を生じさせることな
く、かつ、従来法に比べ測定、調整精度を大幅に向上し
得るチップ実装装置における平行度調整方法を提供する
ことにある。

【００１０】さらに、本発明の第３の課題は、上記マル
チポジションへの対応手法やヘッドの自動交換への対応
手法と、上記測定、調整精度の向上手法とを組み合わ
せ、個々の実装条件や位置に対応して高精度で平行度を
自動調整できる、チップ実装装置における平行度調整方
法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記第１の課題を解決す
るために、本発明に係るチップ実装装置における平行度
調整方法は、ヘッドに保持されているチップを、前記ヘ
ッドの下方に配されている基板保持ステージに保持され
ている基板に、ヘッドを下降させることにより接合する
チップ実装装置における、前記チップと前記基板との平
行度を調整する方法であって、水平方向における、前記
チップ又はヘッドと、前記基板又は基板保持ステージと
の間の複数の対応位置毎に、チップ又はヘッドと基板又
は基板保持ステージとの間の平行度を測定するととも
に、各対応位置毎に、測定された平行度を目標精度範囲
内に納めるための平行度補正量を演算し、演算された平
行度補正量に基づいて平行度を補正することを特徴とす
る方法からなる。つまり、ある基板に対し、複数のチッ
プをマルチポジションで打つ場合に、各対応位置毎の平
行度の調整を可能にしたものである。この方法において
は、演算された平行度補正量を記憶し、後続の基板への
チップ実装工程においては、上記平行度の測定を行うこ
となく、記憶された平行度補正量に基づいて、上記各対
応位置毎に平行度の補正を行うことができる。平行度の
測定や、それに基づく平行度補正量の演算は、長期間の
間隔にて行えばよい。なお、本発明において、チップ
は、例えばＩＣチップ、半導体チップ、光素子、ウエハ
ーなどの基板と接合させる全ての形態のものを含む。ま
た、基板は、例えば樹脂基板、ガラス基板、フイルム基
板、チップ、ウエハーなどチップと接合される対象物の
全ての形態のものを含む。

【００１２】また、本発明に係るチップ実装装置におけ
る平行度調整方法は、ヘッドの自動交換機能を有し、ヘ
ッドに保持されているチップを、前記ヘッドの下方に配
されている基板保持ステージに保持されている基板に、
ヘッドを下降させることにより接合するチップ実装装置
における、前記チップと前記基板との平行度を調整する
方法であって、交換されるヘッド毎に、チップ又はヘッ
ドと基板又は基板保持ステージとの間の平行度を測定す
るとともに、測定された平行度を目標精度範囲内に納め
るための平行度補正量を演算し、演算された平行度補正
量に基づいて、各ヘッド毎に平行度を補正することを特
徴とする方法からなる。つまり、ヘッドの自動交換機能
を有する場合に、各ヘッド毎の平行度の調整を可能にし
たものである。この方法においては、演算された平行度
補正量を記憶し、後続の基板へのチップ実装工程におい
ては、上記平行度の測定を行うことなく、上記記憶され
た平行度補正量に基づいて、各ヘッド毎に平行度の補正
を行うことができる。この方法においても、平行度の測
定や、それに基づく平行度補正量の演算は、長期間の間
隔にて行えばよい。

【００１３】上記のようなチップ実装装置における平行
度調整方法においては、上記平行度補正量に基づいて、
基板保持ステージおよびヘッドの少なくとも一方を、水
平方向における互いに直交する二軸周りに回動制御する
ことにより平行度の補正を行うことができる。現実的に
は、後述の実施態様に示す如く、ヘッド側を、たとえば
α、βの二軸周り方向に回動させ、それによって平行度
を自動で微調整すればよい。

【００１４】また、前記第２の課題を解決するために、
本発明に係るチップ実装装置における平行度調整方法
は、ヘッドに保持されているチップを、前記ヘッドの下
方に配されている基板保持ステージに保持されている基
板に、ヘッドを下降させることにより接合するチップ実
装装置における、前記チップと前記基板との平行度を調
整する方法であって、前記チップ又はヘッドと、前記基
板又は基板保持ステージとに、それぞれ、互いに対応す
る少なくとも３点の認識マークを付し、前記チップ又は
ヘッドと、前記基板又は基板保持ステージとの間に、オ
ートフォーカス機能付き２視野の認識手段を挿入し、該
２視野の認識手段のオートフォーカス機能により、前記
チップ又はヘッドに付された各認識マークまでの距離お
よび前記基板又は基板保持ステージに付された各認識マ
ークまでの距離を測定し、対応する認識マークまでの各
測定距離から、チップ又はヘッドと基板又は基板保持ス
テージとの間の平行度を算出するとともに、算出された
平行度を目標精度範囲内に納めるための平行度補正量を
演算し、演算された平行度補正量に基づいて平行度を補
正することを特徴とする方法からなる。つまり、２視野
の認識手段を用いて非接触にて平行度を測定、算出し、
その際に２視野の認識手段のオートフォーカス機能によ
り極めて高精度の検出が可能になる。

【００１５】また、本発明においては、１視野の認識手
段を用いることもできる。すなわち、本発明に係るチッ
プ実装装置における平行度調整方法は、ヘッドに保持さ
れているチップを、前記ヘッドの下方に配されている基
板保持ステージに保持されている基板に、ヘッドを下降
させることにより接合するチップ実装装置における、前
記チップと前記基板との平行度を調整する方法であっ
て、前記チップ又はヘッドと、前記基板又は基板保持ス
テージとに、それぞれ、互いに対応する少なくとも３点
の認識マークを付し、前記チップ又はヘッドと、前記基
板保持ステージの基板保持面の下方に、オートフォーカ
ス機能付き１視野の認識手段を挿入し、該１視野の認識
手段のオートフォーカス機能により、前記基板又は基板
保持ステージに付された各認識マークまでの距離および
前記チップ又はヘッドに付された各認識マークまでの距
離を測定し、対応する認識マークまでの各測定距離か
ら、基板又は基板保持ステージとチップ又はヘッドとの
間の平行度を算出するとともに、算出された平行度を目
標精度範囲内に納めるための平行度補正量を演算し、演
算された平行度補正量に基づいて平行度を補正すること
を特徴とする方法からなる。つまり、１視野の認識手段
を用いて非接触にて、基板保持ステージの基板保持面の
下方から、前記基板又は基板保持ステージに付された各
認識マークまでの距離とともに、前記チップ又はヘッド
に付された各認識マークまでの距離も測定して平行度を
測定、算出し、その際に１視野の認識手段のオートフォ
ーカス機能により極めて高精度の検出が可能になる。

【００１６】上記のような２視野または１視野の認識手
段を用いた方法において、検出の精度をさらに高めるた
めには、認識マークとして、通常の位置決め用のマーク
に比べて高精度検出が可能な認識マークを付すことが好
ましく、たとえば前記認識手段による検出エッジ長が、
単一図形マークの場合に比べて増大されているマークを
付すことが好ましい。このような認識マークとして、た
とえば格子状のマークやストライプ状のマーク、あるい
は、多数の孔をあけてマークを形成したものを用いるこ
とができる。なお、本発明において、１視野または２視
野の認識手段は、例えばＣＣＤカメラ、赤外カメラ、Ｘ
線カメラおよびセンサーなど認識マークを認識する全て
の手段を含む。

【００１７】さらに、前記第３の課題を解決するため
に、本発明に係るチップ実装装置における平行度調整方
法は、上述の方法と前述の方法を組み合わせたものから
なり、上述の認識マーク、オートフォーカス機能付き認
識手段を用いた方法において、（１）上記演算された平
行度の算出および平行度補正量の演算を、水平方向にお
ける、前記チップ又はヘッドと、前記基板又は基板保持
ステージとの間の複数の対応位置毎に行い、各対応位置
毎に、演算された平行度補正量に基づいて平行度を補正
する方法、あるいは、（２）チップ実装装置がヘッドの
自動交換機能を有しており、前記平行度の算出と平行度
補正量の演算を交換されるヘッド毎に行い、各ヘッド毎
に、演算された平行度補正量に基づいて平行度を補正す
る方法からなる。これら（１）、（２）の方法において
は、上記演算された平行度補正量を記憶し、後続の基板
へのチップ実装工程においては、前記平行度の算出を行
うことなく、前記記憶された平行度補正量に基づいて、
前記各対応位置毎に平行度の補正を行う、あるいは各ヘ
ッド毎に平行度の補正を行うことができる。

【００１８】これらの方法においても、上記平行度補正
量に基づいて、基板保持ステージおよびヘッドの少なく
とも一方を、水平方向における互いに直交する二軸周り
に回動制御することにより平行度の補正を行うことがで
き、後述の実施態様に示す如く、ヘッド側を、たとえば
α、βの二軸周り方向に回動させ、それによって平行度
を自動で微調整することができる。

【００１９】上述のいずれの方法においても、平行度の
測定は、ヘッドと基板保持ステージとの間で行ってもよ
く、ヘッドに保持されたチップと基板保持ステージに保
持された基板との間で行ってもよい。また、実際のチッ
プや基板を用いることなく、校正用チップおよび／又は
校正用基板を用いて平行度の測定を行い、前記平行度補
正量を演算、記憶した後に、実際のチップと基板との接
合工程を開始するようにすることもできる。

【００２０】また、本発明に係るチップ実装装置は、ヘ
ッドに保持されているチップを、前記ヘッドの下方に配
されている基板保持ステージに保持されている基板に、
ヘッドを下降させることにより接合するチップ実装装置
において、水平方向における、前記チップ又はヘッド
と、前記基板又は基板保持ステージとの間の複数の対応
位置毎に、チップ又はヘッドと基板又は基板保持ステー
ジとの間の平行度を調整する手段を有することを特徴と
するものからなる。つまり、チップ実装位置毎に平行度
を調整できるようにし、とくにマルチポジションでの実
装に対応できるようにしたものである。

【００２１】この装置においては、上記各対応位置毎
に、チップ又はヘッドと基板又は基板保持ステージとの
間の平行度を自動測定する手段と、測定された平行度を
目標精度範囲内に納めるための平行度補正量を演算する
手段を有することが好ましく、この演算された平行度補
正量に基づいて、平行度が自動補正されることが好まし
い。

【００２２】さらに、本発明に係るチップ実装装置は、
ヘッドの自動交換機能を有し、ヘッドに保持されている
チップを、前記ヘッドの下方に配されている基板保持ス
テージに保持されている基板に、ヘッドを下降させるこ
とにより接合するチップ実装装置において、交換される
ヘッド毎に、チップ又はヘッドと基板又は基板保持ステ
ージとの間の平行度を調整する手段を有することを特徴
とするものからなる。つまり、交換されるヘッド毎に平
行度を調整できるようにし、とくにヘッドの自動交換に
対応できるようにしたものである。

【００２３】この装置においては、上記交換されるヘッ
ド毎に、チップ又はヘッドと基板又は基板保持ステージ
との間の平行度を自動測定する手段と、測定された平行
度を目標精度範囲内に納めるための平行度補正量を演算
する手段を有することが好ましく、この演算された平行
度補正量に基づいて、平行度が自動補正されることが好
ましい。

【００２４】これらの装置においても、上記平行度補正
量に基づいて、基板保持ステージおよびヘッドの少なく
とも一方を、水平方向における互いに直交する二軸周り
に回動制御することにより平行度の補正を行うことがで
きる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の望ましい実施の
形態を図面を参照して説明する。

【００２６】図１ないし図４は、本発明の一実施態様に
係る平行度調整方法を実施するためのチップ実装装置を
示している。図１および図２において、チップ実装装置
１は、チップ２を吸着等により保持するヘッド３と、回
路基板や液晶基板等からなる基板４を保持する基板保持
ステージ５を有している。ヘッド３は、ブロック６と、
その下端に設けられたツール７と、ブロック６を支持
し、装置フレームに対し上下方向（Ｚ方向）に昇降され
る昇降テーブル８とを備えており、下降されることによ
り、チップ２を基板保持ステージ５上の基板４上に実装
する。ツール７には、チップ２を基板４に接合する際に
加熱できるよう、セラミックヒータ等の加熱ヒータ（図
示略）を埋設しておくことができる。ただし、ツールと
しては、ヒータを備えている形態であってもなくてもよ
い。このヘッド３、とくにそのブロック６下端に設けら
れたツール７の下面あるいはそこに保持されたチップ２
の下面は、たとえば後述のような機構により、二軸周り
方向に、たとえば図１に示すように、互いに直交する二
軸周り方向（α、β方向）に回動できるようになってお
り、それによって平行度を調整できるようになってい
る。

【００２７】基板保持ステージ５は、本実施態様では、
水平面内で回動制御され、回動方向の角度θを制御する
回転テーブル９上に設置されており、回転テーブル９
は、水平面内でＹ方向に位置制御されるテーブル１０お
よびＸ方向に位置制御されるテーブル１１からなる平行
移動制御機構１２上に設置されている。回転テーブル９
と平行移動制御機構１２により、基板保持ステージ５の
水平位置および回転位置がＸ、Ｙ、θ方向に制御され
る。これら平行度調整のための制御は、数値制御化され
ており、指令された目標とする数値に対応する位置や角
度になるように、自動制御される。目標とする数値は、
後述の平行度測定機能により測定された平行度に対し、
望ましい補正が加えられた値として演算される。

【００２８】ヘッド３と基板保持ステージ５との間に
は、本実施態様では、上下２方向に視野を有する２視野
の認識手段１３が、出没可能に設けられている。この２
視野の認識手段１３は、いわゆるオートフォーカス機能
付きの２視野の認識手段からなる。オートフォーカス機
能付き２視野の認識手段１３は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に位置
制御可能に設けられており、ヘッド３又はチップ２に付
された少なくとも３点（本実施態様では４点）の認識マ
ーク１４と、基板保持ステージ５又は基板４に付された
少なくとも３点（本実施態様では４点）の認識マーク１
５を、それぞれ検知する。本実施態様では、認識マーク
１４はチップ２に、認識マーク１５は基板４に付されて
いるが、ヘッド３や基板保持ステージ５に付すこともで
き、さらには、平行度調整用の校正用チップや校正用基
板（図示略）を用い、それらに付すこともできる。この
オートフォーカス機能付き２視野の認識手段１３によ
り、後述の如く各認識マーク１４、１５までの基準位置
に対する距離がオートフォーカス機能を用いて測定さ
れ、それに基づいて、ヘッド３又はチップ２と基板保持
ステージ５又は基板４との間の平行度が測定される。測
定された平行度に基づいて、それを目標精度範囲内に納
めるための平行度補正量が演算され、演算された平行度
補正量に基づいて平行度が補正される。なお、実装する
チップ及び／または基板において、サイズが小さいため
に認識マークを付けることができない場合には、例えば
校正板（ガラス、シリコン、セラミックなど周囲環境の
影響を限りなく受けにくい材質からなるもの）に認識マ
ークを設け、ダミーを使用して平行度を出す形態であっ
てもよい。また、ヘッドに保持されたチップまたは校正
板と基板保持ステージに保持された基板または校正板の
組合せはどのような形態であってもよい。

【００２９】上記図１は、主として前述の第２の課題、
つまり、平行度の調整において、非接触型の検出手段を
用いることにより接触型検出手段による場合の不都合を
生じさせることなく、かつ、従来法に比べ測定、調整精
度を大幅に向上し得るチップ実装装置における平行度調
整方法を提供すること、および、前述の第１の課題にお
ける、ヘッド自動交換の際のヘッド毎の高精度の平行度
調整を達成するための図として示したので、基板４上に
４点の認識マーク１５のみ図示してあり、図２のチップ
２上には、それらに対応する４点の認識マーク１４のみ
図示してある。前述の第１の課題における、マルチポジ
ション対応の場合のチップと基板との各対応位置毎の高
精度の平行度調整を達成するには、たとえば図５に示す
ように、基板２１又は基板保持ステージ上に、各チップ
の接合位置毎に、４点ずつの認識マーク２２を付してお
くことができる。この場合、各チップと各認識マーク２
２との対応位置は、基板保持ステージ５側をＸ、Ｙ、θ
方向に平行移動および回転制御することによって制御で
き、各対応位置における平行度の補正は、ヘッド３側を
前記α、β方向に調整することによって行うことができ
る。ただし、ヘッド３側による平行移動および回転制御
も可能であり、基板保持ステージ５側による平行度補正
も可能である。

【００３０】本実施態様では、ヘッド３側においてα、
β方向の調整が行われ、平行度が補正される。この平行
度補正のための機械的なα、β方向調整機構は、本実施
態様では図３、図４に示すように構成されている。図３
は、図１におけるヘッド３部分の横断面図、図４は、斜
視図を示している。

【００３１】ブロック６は、本実施態様では外ハウジン
グ３１と内ハウジング３２との二重ハウジング構造を有
している。装置フレーム３３にＺ方向に位置制御可能に
支持された昇降テーブル８に、ヘッドブラケット３４が
固着されており、このヘッドブラケット３４に、軸３
５、３６が回動可能に支持されている。軸３５、３６の
内端は外ハウジング３１に固着されているので、外ハウ
ジング３１は、ヘッドブラケット３４に対して、軸３
５、３６を介して回動（揺動）可能に支持されている。
内ハウジング３２は、外ハウジング３１に対し回転自在
に支持された軸３７、３８を介して回動（揺動）可能に
支持されている。軸３７、３８の内端は内ハウジング３
２に固着されているので、内ハウジング３２は、軸３
７、３８を介して回動（揺動）可能に支持されている。
軸３５、３６と軸３７、３８は、水平面内において、互
いに直交する方向に延びている。この内ハウジング３２
内に、下方に突出するように、ツール７を備えた加圧機
構７ａが固定されている。なお、内ハウジング３２と加
圧機構７ａとの間には、図示は省略するが、適当な加圧
手段や、過加圧時の上方への逃げ機構を介在させること
もできる。

【００３２】軸３５の外端には、揺動アーム３９が固着
されており、軸３７の外端には、揺動アーム４０が固着
されている。揺動アーム３９の上方には、ヘッドブラケ
ット３４に固着された固定アーム４１が設けられてお
り、揺動アーム４０の上方には、ヘッドブラケット３４
に固着された固定アーム４２が設けられている。固定ア
ーム４１と固定アーム４２には、それぞれ、アクチュエ
ータ４３、４４が装着されており、アクチュエータ４
３、４４のロッド４５、４６は、固定アーム４１、４２
に固着された筒ケーシング４７、４８内に嵌挿されてい
る。ロッド４５、４６の先端は、固定アーム４１と揺動
アーム３９間を連結しているコイルバネ４９、固定アー
ム４２と揺動アーム４０間を連結しているコイルバネ５
０の引張力に抗して、各揺動アーム３９、４０を下方に
押圧、揺動できるようになっている。この揺動アーム３
９、４０の揺動量を調整することにより、ヘッド３側に
おいてα、β方向の調整が行われ、平行度が補正される
ようになっている。ただし、このα、β方向の調整機構
は上記機構に限定されるものではなく、二軸周りの回動
動作により平行度の調整ができるものであれば、いかな
る機構であってもよい。たとえば、上記のような揺動動
作による平行度調整に限定されず、また、アクチュエー
タについても、サーボモータを使用したものや減速機を
介在させたもの等いかなるものであってもよい。

【００３３】前記オートフォーカス機能付き２視野の認
識手段１３は、図６に示すように、一方の視野で、基板
４の各認識マーク１５（、、、）に対応する位
置に制御されて、上下方向基準位置に対する各認識マー
ク１５（、、、）までの距離Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを
検出する。同時に、他方の視野で、図７に示すように、
チップ２の対応する各認識マーク１４（、、、
）までの上下方向基準位置に対する距離Ｅ、Ｆ、Ｇ、
Ｈを検出する。検出した距離に基づいて、チップ２と基
板４との間の平行度を算出することができる。

【００３４】平行度の算出は、たとえば、上記各検出距
離Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈと、認識マーク
、間および認識マーク、間の寸法Ｌ１（α方
向）と、認識マーク、間および認識マーク、間
の寸法Ｌ２（β方向）とを用い、α方向平行度を角度α
_h 、β方向平行度を角度β_h を次式のように算出でき
る。基板４側のα方向平行度については、 α_h ＝tan ^-1[((A+D)/2-(B+C)/2)/L1] チップ２側のα方向平行度については、 α_h ＝tan ^-1[((E+H)/2-(F+G)/2)/L1] として算出でき、基板４側のβ方向平行度については、 β_h ＝tan ^-1[((A+B)/2-(C+D)/2)/L2] チップ２側のα方向平行度については、 β_h ＝tan ^-1[((E+F)/2-(G+H)/2)/L2] として算出できる。

【００３５】また、先に各検出距離Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄと
Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈとを加算し、図８に示すような、チップ
２と基板４との対応する各認識マーク間距離Ｉ、Ｊ、
Ｋ、Ｌを算出し、上記同様の計算式にて、チップ２と基
板４との間の平行度を算出することができる。

【００３６】上記各認識マークまでの距離を検出するに
際しては、２視野の認識手段１３のオートフォーカス機
能が利用される。たとえば図９に示すように、２視野の
認識手段１３を下降または上昇させていくと、２視野の
認識手段１３の焦点位置５１と基板４（又はチップ２）
との位置関係が変化する。このとき、カメラ１３が認識
する認識マークのヒストグラムは、合焦点位置では、図
１０（Ａ）に示すように、白と黒とが明確にピーク状に
認識されたパターンとなり、焦点がずれた位置では、図
１０（Ｂ）に示すように、グレー領域が合焦点位置と比
較すると広くなる。２視野の認識手段１３の下降または
上昇に伴って複数点あるいは連続的に観測すれば、合焦
点位置を検出することができ、この合焦点位置から、基
準位置（基準高さ）に対する前記各認識マークまでの距
離を検出することができる。検出した値は記憶され、前
述の平行度の算出に供せられる。

【００３７】上記認識マークを２視野の認識手段１３で
認識するに際しては、各認識マークの形状や形態を工夫
することによって、より高精度の検出が可能になる。た
とえば、図１１に示すように、格子状の認識マーク５２
を使用すれば、白部分５３に対する黒部分５４の長さ
（エッジ長）が増大するので、検出精度の向上が可能に
なる。また、図示は省略するが、たとえば、一群の多数
の孔によって認識マークを形成することによっても検出
精度の向上が可能になる。いずれの場合にも、単一マー
ク（たとえば、単なる円形マーク）の場合に比べ、検出
のためのエッジ長が増大されることにより検出精度が向
上する。なお、認識マークは格子状だけでなく、図１２
に示すようにストライプ状の認識マーク５５などでもよ
く、いずれの場合にも、黒と白の間隔が限りなく狭い方
が好ましい。

【００３８】上記のように算出された平行度に基づい
て、該平行度を、あらかじめ定められた目標精度範囲内
に納めるための平行度補正量が演算される。演算は、２
視野の認識手段１３からの検出情報に基づいて、コンピ
ュータによって行えばよい。演算された平行度補正量に
基づいて、実際に平行度が補正される。この補正は、前
述のα、β方向の補正機構によればよい。

【００３９】上記実施態様では、オートフォーカス機能
付き２視野の認識手段１３による検出情報に基づいて平
行度の補正が行われるので、極めて高精度の調整が可能
になる。また、たとえばヘッドの自動交換機能を有する
チップ実装装置においては、各ヘッド毎の平行度補正量
を演算し、この演算された平行度補正量を記憶しておく
ことにより、後続の基板へのチップ実装工程において
は、ヘッドを自動交換毎に再度平行度の測定を行うこと
なく、記憶された平行度補正量に基づいて、各ヘッド毎
に平行度の補正を行うことが可能になる。

【００４０】また、基板４に対し複数の位置に複数のチ
ップ２を打って行く場合にも、つまり、マルチポジショ
ンに対応させる場合にも、各チップ２と基板４の各位置
との対応位置毎に前記平行度補正量を演算すれば、各対
応位置毎に高精度の平行度調整を行うことができる。そ
してこの場合にも、各対応位置毎の平行度補正量を記憶
しておくことにより、後続の基板へのチップ実装工程に
おいては、再度平行度の測定を行うことなく、記憶され
た平行度補正量に基づいて、各対応位置毎に高精度の平
行度の補正を行うことができる。最初に平行度の補正量
を決めるに際しては、前述したように、予め準備した校
正用のチップや基板を用いることもでき、それによって
求められた平行度補正量を記憶しておき、しかる後に、
実際のチップと基板との接合工程を開始するようにする
こともできる。

【００４１】さらに、本発明における、チップと基板と
の各対応位置毎に、測定された平行度を目標精度範囲内
に納めるための平行度補正量を演算し、演算された平行
度補正量に基づいて平行度を補正するという技術思想、
および、ヘッドの自動交換機能を有する場合にあって、
測定された平行度を目標精度範囲内に納めるための平行
度補正量を演算し、演算された平行度補正量に基づい
て、各ヘッド毎に平行度を補正するという技術思想は、
上記実施態様のようなオートフォーカス機能付き２視野
の認識手段１３を用いない場合にも成立するものであ
る。つまり、平行度の測定手法やその補正機構がいかな
るものである場合にも、マルチポジションにおける各実
装位置毎に平行度補正量を把握、あるいは交換されるヘ
ッド毎に平行度補正量を把握するという技術思想は、本
発明の顕著な特徴を表すものである。また、演算された
平行度補正量を記憶しておき、記憶された平行度補正量
に基づいて後続の基板へのチップ実装工程において平行
度を調整するという技術思想も、本発明の顕著な特徴を
表すものである。

【００４２】また、前記実施態様では、オートフォーカ
スセンシング機能を使用し、カメラＺ軸およびツールＺ
軸を動かし、フォーカスの一番合った位置からカメラＺ
軸およびツールＺ軸のエンコーダ又はリニアスケールの
数値に基づきツールとステージ側の間隔を測定するわけ
であるが、オートフォーカスセンシング機能に代えて、
うず電流、静電容量センサ等の測長器も使用可能であ
る。

【００４３】上記実施態様では、認識マークの認識手段
として２視野の認識手段を用いたが、本発明では１視野
の認識手段を用いることも可能である。たとえば図１３
に示すように、基板保持ステージ６１の基板６２を保持
する基板保持面６３の下方に１視野の認識手段６４を進
退可能に配置し、その１視野の認識手段６４のオートフ
ォーカス機能により、基板６２または前述のような校正
用基板（以下、単に「校正板」と言うこともある。）に
付した各認識マーク６５までの距離を測定する。１視野
の認識手段６４は、たとえば、可動テーブル６６の回転
テーブル６７上に移動可能に設けられる。図１４は、１
視野の認識手段６４が基板６２の下方に挿入された状態
を示している。

【００４４】上記のような１視野の認識手段６４を用い
て、図１５に示すように、基板６２または校正板の各認
識マーク６５ａ〜６５ｄが、各対応位置６４ａ〜６４ｄ
に移動された１視野の認識手段６４によって認識され、
そのオートフォーカス機能により、各認識マーク６５ａ
〜６５ｄまでの距離Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐが測定される。ま
た、図１６に示すように、同様に、チップ６８または校
正板の各認識マーク６９ａ〜６９ｄが、各対応位置６４
ｅ〜６４ｈに移動された１視野の認識手段６４によって
認識され、そのオートフォーカス機能により、各認識マ
ーク６９ａ〜６９ｄまでの距離Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔが測定さ
れる。チップ６８または校正板の各認識マーク６９ａ〜
６９ｄの認識は、基板６２が空の状態のとき、あるい
は、基板用校正板が透明ガラスからなる場合にはそれを
透過して認識すればよい。このようにすれば、１視野の
認識手段６４でありながら、基板側とチップ側の両方の
認識マークを認識できる。基板側の各認識マーク６５ａ
〜６５ｄまでの距離Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐと、チップ側の各認
識マーク６９ａ〜６９ｄまでの距離Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔか
ら、前述の実施態様と同様の手法により平行度が演算さ
れ、その平行度測定に基づいて平行度の調整を行うこと
ができる。

【００４５】このような１視野の認識手段を用いた平行
度の調整は、たとえば図１７に示すように実施できる。
図１７に示す例では、バックアップガラス部材７１上に
配置された液晶ディスプレイ７２の端部にチップ７３を
実装する場合を示しており、下方に配されたオートフォ
ーカスレンズ７４付きの１視野の認識手段７５（たとえ
ば、ＣＣＤカメラ）により、バックアップガラス部材７
１を通して液晶ディスプレイ７２の端部に付された認識
マーク７６ａ〜７６ｄまでの距離を測定するとともに、
チップ７３に付された認識マーク７７ａ〜７７ｄまでの
距離を測定し、両者間の平行度を演算して、平行度が所
望の範囲内に入るように調整される。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のチップ実
装装置およびチップ実装装置における平行度調整方法に
よれば、複数のチップを基板にマルチポジションで実装
する場合、あるいは、ヘッドを自動交換する機能を備え
ているチップ実装装置を使用する場合、各実装位置毎に
あるいは交換される各ヘッド毎に平行度補正量を求める
ようにしたので、実際の工程に則した形態で極めて精度
良く平行度を自動調整することが可能になる。とくに、
演算された平行度補正量を記憶しておけば、再度平行度
測定を行うことなく長期間にわたって高精度の平行度自
動調整を行うことが可能になり、品質の向上とともに生
産性の向上が可能になる。

【００４７】また、オートフォーカス機能付きの認識手
段を用い、その情報から平行度補正量を演算するように
すれば、接触型検出手段による場合の不都合を生じさせ
ることなく、従来法に比べ測定、調整精度を大幅に向上
することが可能になる。

【００４８】さらに、上記マルチポジションへの対応手
法やヘッドの自動交換への対応手法に、オートフォーカ
ス機能付きの認識手段からの情報に基づく平行度補正を
加えれば、個々の実装条件や位置に対応して高精度で平
行度を自動調整することが可能になり、現実のチップ実
装工程にとって極めて有用な平行度の調整を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様に係るチップ実装装置の斜
視図である。

【図２】図１の装置のヘッド側の下方からみた斜視図で
ある。

【図３】図１の装置のヘッド部の横断面図である。

【図４】図１の装置のヘッド部の平行度調整機構を示す
斜視図である。

【図５】マルチポジション対応基板の一例を示す斜視図
である。

【図６】図１の装置における基板側の認識マーク検出の
様子を示す概略斜視図である。

【図７】図１の装置におけるチップ側の認識マーク検出
の様子を示す概略斜視図である。

【図８】チップと基板との認識マーク間距離（平行度）
を示す概略斜視図である。

【図９】オートフォーカス機能付き２視野の認識手段に
よる検出の様子を示す概略側面図である。

【図１０】オートフォーカス機能付き２視野の認識手段
における認識マーク認識の様子を示す特性図である。

【図１１】格子状認識マークの一例を示す平面図であ
る。

【図１２】ストライプ状認識マークの一例を示す平面図
である。

【図１３】オートフォーカス機能付き１視野の認識手段
を設ける場合の一例を示す概略部分斜視図である。

【図１４】オートフォーカス機能付き１視野の認識手段
による測定時の様子を示す概略斜視図である。

【図１５】オートフォーカス機能付き１視野の認識手段
による基板側の検出の様子を示す概略斜視図である。

【図１６】オートフォーカス機能付き１視野の認識手段
によるチップ側の検出の様子を示す概略斜視図である。

【図１７】オートフォーカス機能付き１視野の認識手段
による平行度調整の一例を示す概略斜視図である。

【符号の説明】

１チップ実装装置２チップ３ヘッド４基板５基板保持ステージ６ブロック７ツール７ａ加圧機構８昇降テーブル９回転テーブル１０Ｙ方向に位置制御されるテーブル１１Ｘ方向に位置制御されるテーブル１２平行移動制御機構１３オートフォーカス機能付き２視野の認識手段１４チップ側認識マーク１５基板側認識マーク２１マルチポジション対応基板２２各認識マーク３１外ハウジング３２内ハウジング３３装置フレーム３４ヘッドブラケット３５、３６、３７、３８軸３９、４０揺動アーム４１、４２固定アーム４３、４４アクチュエータ４５、４６ロッド４７、４８筒ケーシング４９、５０コイルバネ５１２視野の認識手段の焦点位置５２格子状の認識マーク５３白部分５４黒部分５５ストライプ状の認識マーク６１基板保持ステージ６２基板６３基板保持面６４１視野の認識手段６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆ、６
４ｇ、６４ｈ１視野の認識手段の位置６５、６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ基板側の認識
マーク６６可動テーブル６７回転テーブル６８チップ６９ａ、６９ｂ、６９ｃ、６９ｄチップ側の認識マー
ク７１バックアップガラス部材７２液晶ディスプレイ７３チップ７４レンズ７５１視野の認識手段７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ液晶ディスプレイ側
の認識マーク７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄチップ側の認識マー
ク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5E313 AA03 AA11 CC04 EE02 EE03 EE05 EE34 EE37 EE38 FF24 FF26 FF28 FF29 FF32 5F044 PP17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヘッドに保持されているチップを、前記
ヘッドの下方に配されている基板保持ステージに保持さ
れている基板に、ヘッドを下降させることにより接合す
るチップ実装装置における、前記チップと前記基板との
平行度を調整する方法であって、水平方向における、前
記チップ又はヘッドと、前記基板又は基板保持ステージ
との間の複数の対応位置毎にチップ又はヘッドと基板又
は基板保持ステージとの間の平行度を測定するととも
に、各対応位置毎に、測定された平行度を目標精度範囲
内に納めるための平行度補正量を演算し、演算された平
行度補正量に基づいて平行度を補正することを特徴とす
る、チップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項２】前記演算された平行度補正量を記憶し、
後続の基板へのチップ実装工程においては、前記平行度
の測定を行うことなく、前記記憶された平行度補正量に
基づいて、前記各対応位置毎に平行度の補正を行う、請
求項１のチップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項３】ヘッドの自動交換機能を有し、ヘッドに
保持されているチップを、前記ヘッドの下方に配されて
いる基板保持ステージに保持されている基板に、ヘッド
を下降させることにより接合するチップ実装装置におけ
る、前記チップと前記基板との平行度を調整する方法で
あって、交換されるヘッド毎に、チップ又はヘッドと基
板又は基板保持ステージとの間の平行度を測定するとと
もに、測定された平行度を目標精度範囲内に納めるため
の平行度補正量を演算し、前記演算された平行度補正量
に基づいて、各ヘッド毎に平行度を補正することを特徴
とする、チップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項４】前記演算された平行度補正量を記憶し、
後続の基板へのチップ実装工程においては、前記平行度
の測定を行うことなく、前記記憶された平行度補正量に
基づいて、各ヘッド毎に平行度の補正を行う、請求項３
のチップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項５】前記平行度補正量に基づいて、前記基板
保持ステージおよびヘッドの少なくとも一方を、水平方
向における二軸周りに回動制御することにより平行度の
補正を行う、請求項１〜４のいずれかに記載のチップ実
装装置における平行度調整方法。
【請求項６】ヘッドに保持されているチップを、前記
ヘッドの下方に配されている基板保持ステージに保持さ
れている基板に、ヘッドを下降させることにより接合す
るチップ実装装置における、前記チップと前記基板との
平行度を調整する方法であって、前記チップ又はヘッド
と、前記基板又は基板保持ステージとに、それぞれ、互
いに対応する少なくとも３点の認識マークを付し、前記
チップ又はヘッドと、前記基板又は基板保持ステージと
の間に、オートフォーカス機能付き２視野の認識手段を
挿入し、該２視野の認識手段のオートフォーカス機能に
より、前記チップ又はヘッドに付された各認識マークま
での距離および前記基板又は基板保持ステージに付され
た各認識マークまでの距離を測定し、対応する認識マー
クまでの各測定距離から、チップ又はヘッドと基板又は
基板保持ステージとの間の平行度を算出するとともに、
算出された平行度を目標精度範囲内に納めるための平行
度補正量を演算し、演算された平行度補正量に基づいて
平行度を補正することを特徴とする、チップ実装装置に
おける平行度調整方法。
【請求項７】ヘッドに保持されているチップを、前記
ヘッドの下方に配されている基板保持ステージに保持さ
れている基板に、ヘッドを下降させることにより接合す
るチップ実装装置における、前記チップと前記基板との
平行度を調整する方法であって、前記チップ又はヘッド
と、前記基板又は基板保持ステージとに、それぞれ、互
いに対応する少なくとも３点の認識マークを付し、前記
チップ又はヘッドと、前記基板保持ステージの基板保持
面の下方に、オートフォーカス機能付き１視野の認識手
段を挿入し、該１視野の認識手段のオートフォーカス機
能により、前記基板又は基板保持ステージに付された各
認識マークまでの距離および前記チップ又はヘッドに付
された各認識マークまでの距離を測定し、対応する認識
マークまでの各測定距離から、基板又は基板保持ステー
ジとチップ又はヘッドとの間の平行度を算出するととも
に、算出された平行度を目標精度範囲内に納めるための
平行度補正量を演算し、演算された平行度補正量に基づ
いて平行度を補正することを特徴とする、チップ実装装
置における平行度調整方法。
【請求項８】前記演算された平行度の算出および平行
度補正量の演算を、水平方向における、前記チップ又は
ヘッドと、前記基板又は基板保持ステージとの間の複数
の対応位置毎に行い、各対応位置毎に、演算された平行
度補正量に基づいて平行度を補正する、請求項６または
７のチップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項９】前記演算された平行度補正量を記憶し、
後続の基板へのチップ実装工程においては、前記平行度
の算出を行うことなく、前記記憶された平行度補正量に
基づいて、前記各対応位置毎に平行度の補正を行う、請
求項８のチップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項１０】チップ実装装置がヘッドの自動交換機
能を有しており、前記平行度の算出と平行度補正量の演
算を交換されるヘッド毎に行い、各ヘッド毎に、演算さ
れた平行度補正量に基づいて平行度を補正する、請求項
６または７のチップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項１１】前記演算された平行度補正量を記憶
し、後続の基板へのチップ実装工程においては、前記平
行度の算出を行うことなく、前記記憶された平行度補正
量に基づいて、各ヘッド毎に平行度の補正を行う、請求
項１０のチップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項１２】前記平行度補正量に基づいて、前記基
板保持ステージおよびヘッドの少なくとも一方を、水平
方向における二軸周りに回動制御することにより平行度
の補正を行う、請求項６〜１１のいずれかに記載のチッ
プ実装装置における平行度調整方法。
【請求項１３】前記認識手段により検出される認識マ
ークとして、位置決め用のマークに比べて高精度検出が
可能な認識マークを付す、請求項６〜１２のいずれかに
記載のチップ実装装置における平行度調整方法。
【請求項１４】前記認識マークとして、前記認識手段
による検出エッジ長が、単一図形マークの場合に比べて
増大されているマークを付す、請求項１３のチップ実装
装置における平行度調整方法。
【請求項１５】校正用チップおよび／又は校正用基板
を用いて平行度の測定を行い、前記平行度補正量を演
算、記憶した後に、チップと基板との接合工程を開始す
る、請求項１〜１４のいずれかに記載のチップ実装装置
における平行度調整方法。
【請求項１６】ヘッドに保持されているチップを、前
記ヘッドの下方に配されている基板保持ステージに保持
されている基板に、ヘッドを下降させることにより接合
するチップ実装装置において、水平方向における、前記
チップ又はヘッドと、前記基板又は基板保持ステージと
の間の複数の対応位置毎に、チップ又はヘッドと基板又
は基板保持ステージとの間の平行度を調整する手段を有
することを特徴とするチップ実装装置。
【請求項１７】前記各対応位置毎に、チップ又はヘッ
ドと基板又は基板保持ステージとの間の平行度を自動測
定する手段と、測定された平行度を目標精度範囲内に納
めるための平行度補正量を演算する手段を有する、請求
項１６のチップ実装装置。
【請求項１８】ヘッドの自動交換機能を有し、ヘッド
に保持されているチップを、前記ヘッドの下方に配され
ている基板保持ステージに保持されている基板に、ヘッ
ドを下降させることにより接合するチップ実装装置にお
いて、交換されるヘッド毎に、チップ又はヘッドと基板
又は基板保持ステージとの間の平行度を調整する手段を
有することを特徴とするチップ実装装置。
【請求項１９】交換されるヘッド毎に、チップ又はヘ
ッドと基板又は基板保持ステージとの間の平行度を自動
測定する手段と、測定された平行度を目標精度範囲内に
納めるための平行度補正量を演算する手段を有する、請
求項１８のチップ実装装置。
【請求項２０】前記平行度補正量に基づいて、前記基
板保持ステージおよびヘッドの少なくとも一方を、水平
方向における二軸周りに回動制御することにより平行度
の補正を行う、請求項１７または１９のチップ実装装
置。