JP2008166468A

JP2008166468A - 基板処理装置

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Publication number: JP2008166468A
Application number: JP2006353978A
Authority: JP
Inventors: Michio Kaita; 理夫戒田
Original assignee: Nidec Read Corp
Current assignee: Nidec Advance Technology Corp
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2026-12-28
Also published as: JP4918351B2

Abstract

【課題】バンプ整形処理及び整形後のバンプの状態に関する検査処理を、バンプ整形不良発生時に行う再整形処理を含めて一連の工程で迅速かつ効率よく行うことができるとともに、設備コストや設置面積等の面で効率が図れ、また作業者の手間を削減できる基板処理装置を提供する。
【解決手段】この基板処理装置（１）は、基板に付与されたハンダバンプを整形するバンプ整形部（１１）と、バンプ整形部による整形後のハンダバンプの状態を、撮像素子による撮像画像に基づいて検査する検査部（１２）と、基板をバンプ整形部と画像検査部との間で搬送する搬送機構（１４）と、検査部による検査の結果、ハンダバンプの整形不良と判断された基板を、搬送機構によりバンプ整形部に戻し、ハンダバンプ整形部にその基板に対するハンダバンプの整形を再度行わせる制御部（１５）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハンダバンプが付与された基板に対して、該ハンダバンプの整形処理を行う基板処理装置に関する。

従来の基板処理装置として、金属バンプが付与された基板に対してプレス整形により金属バンプの整形を行う装置がある（例えば、特許文献１）。

バンプの整形後は、整形後のバンプの状態（形状等）に関する検査が、撮像画像等に基づいて行われるようになっている。この整形後のバンプの状態を検査する検査装置と、上記のバンプ整形を行う整形装置とは、別個の装置構成となっており、それらの装置間の基板の搬送は人手を介して行われる。

また、整形後のバンプに対する検査により整形不良等が発見された場合には、人手により基板を整形装置にセットして、その基板に対する整形処理を再度行わせるようになっている。
特開２００３−１３３３６９号公報

しかしながら、上述の従来の装置構成では、整形装置と検査装置との間で基板を人手により搬送する構成であるため、人手による基板の搬送等に手間がかかるとともに、処理の効率が悪い。特に、検査装置でバンプの整形不良が発見された場合には、その基板を人手により再度整形装置にセットし、その基板に対する整形装置に整形処理を行わせる必要があり、効率が大きく低下する。また、従来の装置構成は、装置の導入コストや、設置スペースの点等でも効率が悪い。

そこで、本発明の解決すべき課題は、バンプ整形処理及び整形後のバンプの状態に関する検査処理を、バンプ整形不良発生時に行う再整形処理を含めて一連の工程で迅速かつ効率よく行うことができるとともに、設備コストや設置面積等の面で効率が図れ、また作業者の手間を削減できる基板処理装置を提供することである。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、ハンダバンプが付与された基板に対して、該ハンダバンプの整形処理を行う基板処理装置であって、基板に付与されたハンダバンプを整形するバンプ整形部と、前記バンプ整形部による整形後のハンダバンプの状態を、撮像素子による撮像画像に基づいて検査する検査部と、基板を前記バンプ整形部と前記画像検査部との間で搬送する搬送機構と、前記検査部による検査の結果、ハンダバンプの整形不良と判断された基板を、前記搬送機構により前記バンプ整形部に戻し、ハンダバンプ整形部にその基板に対するハンダバンプの整形を再度行わせる制御部とを備える。

また、請求項２の発明では、請求項１の発明に係る基板処理装置において、前記搬送機構は、基板がセットされる基板セット部を有し、その基板セット部にセットされた基板を、回転することにより前記バンプ整形部と前記検査部との間で搬送するターンテーブルを備える。

また、請求項３の発明では、請求項１又は請求項２に記載に基板処理装置において、前記バンプ整形部は、前記ハンダバンプの湾曲した上部を平滑化し、前記検査部は、前記ハンダバンプの外観形状又は高さを検査する。

請求項１ないし請求項３に記載の発明によれば、バンプ整形処理及び整形後のバンプの状態に関する検査処理を、バンプ整形不良発生時に行う再整形処理を含めて一連の工程で迅速かつ効率よく行うことができるとともに、設備コストや設置面積等の面で効率が図れ、また作業者の手間を削減できる。

請求項２に記載の発明によれば、ターンテーブルを用いることにより、簡易な構成でバンプ整形部と検査部との間の基板搬送を行うことができる。また、バンプ整形不良発生時に基板を検査部からバンプ整形部に戻す場合もスムーズかつ容易に対応することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を模式的に示す平面図である。この基板処理装置１は、図１に示すように、バンプ整形部１１と、検査部１２と、エアブロー部１３と、搬送機構１４と、制御部１５とを備えており、ハンダバンプ２１（図３参照）が付与された基板２２に対する処理を行う。

搬送機構１４は、トレイ搬送機構３１〜３３と、ターンテーブル３４と、基板移送機構３５と、２つのロボットアーム３６，３７とを備えている。

トレイ搬送機構３１〜３３は、複数の基板２２が収容された基板トレイ２３を矢印Ａ１〜Ａ４に示す方向に搬送する。

ターンテーブル３４は、その上面側には複数（例えば、４つ）の基板セット部３４ａが周方向に間隔をあけて設けられている。各基板セット部３４ａには、複数（例えば、４つ）の基板２２が平面的（例えば、複数行、複数列のマトリクス状）に配置（セット）される。そして、このターンテーブル３４が、矢印Ａ５方向に回転駆動されることにより、基板セット部３４ａにセットされた基板２２が、バンプ整形部１１、検査部１２及びエアブロー部１３に、この記載の順序で送り込まれるようになっている。

また、ターンテーブル３４は、後述するバンプ整形部１１等での基板２２の位置調節等のために、ターンテーブル３４にセットされた基板２２と平行な２軸方向（ｘｙ方向）に移動できるようになっていてもよい。

基板移送機構３５は、その基板移送部３５ａを矢印Ａ６で示す方向及びその反対方向に往復駆動しつつ、ターンテーブル３４の外方にてその基板移送部３５ａにセットされた基板２２を、矢印Ａ６で示すようにターンテーブル３４上の基板セット部３４ａに移送する。この基板移送機構３５による基板２２の移送は、例えば、複数（例えば、４つ）の基板２２単位で行われる。

ロボットアーム３６は、矢印Ａ７で示すように、トレイ搬送機構３２上の基板トレイ２３から基板２２を取り出し、その基板２２をターンテーブル３４の外方で基板移送機構３５の基板移送部３５ａにセットする。

ロボットアーム３６は、矢印Ａ８で示すように、ターンテーブル３４の基板セット部３４ａから基板２２を取り出し、その基板２２をトレイ搬送機構３２上の基板トレイ２３に収容する。

バンプ整形部１１は、図２及び図３に示すように、基板２２のハンダバンプ２１を押圧してハンダバンプ２１を略平坦な形状に整形する少なくとも１つ（例えば、複数）の整形ローラ４１を備えて構成されている。整形ローラ４１は、ハンダバンプ２１に押圧される押圧部４１ａと、その押圧部４１ａの回転軸方向における両端部に設けられた鍔部４１ｂとを有している。鍔部４１ｂは押圧部４１ａの外径よりも大きな外径を有し、この鍔部４１ｂが基板２２の表面のハンダバンプ２１が設けられていない領域（例えば、外縁部等）に押し当てられた状態で、押圧部４１ａによるハンダバンプ２１の整形が行われる。すなわち、押圧部４１ａの外径（半径）は鍔部４１ｂの外径（半径）よりも所定寸法Ｄだけ、小さく設定されており、この寸法Ｄによって整形後におけるハンダバンプ２１の基板２２表面からの突出高さが規定される。この整形処理により、ハンダバンプ２１の湾曲した上部が、整形ローラ４１により押圧されて平滑化（平坦化）され、これによってハンダバンプ２１の形状が図３に示される形状から図２に示される形状に整形される。

本実施形態に係るバンプ整形部１１では、例えば、ターンテーブル３４の基板セット部３４ａに２行、２列のマトリクス状に配列された４つの基板２２に対応して、２つの整形ローラ４１が基板２２のマトリクス配置の行又は列に対応して並列配置されている。そして、その２つの形成ローラ４１により、マトリクス配置された４つの基板２２に対してマトリクスの列方向及び行方向にローラ処理が施される。

バンプ整形処理の際には、図３に示すように、鍔部４１ｂが基板２２の表面のハンダバンプ２１が設けられていない領域（例えば、外縁部等）を通過するように、整形ローラ４１がセットされる。そして、整形ローラ４１が矢印Ａ１１方向に回転されつつ、基板２２と整形ローラ４１とが相対的に矢印Ａ１２方向に移動されることにより、ハンダバンプ２１が整形ローラ４１の押圧部４１ａによって押圧されて略平坦な形状に整形される。この基板２２と整形ローラ４１との相対移動については、基板２２に対して整形ローラ４１を移動させる構成としてもよいし、反対に、整形ローラ４１に対して、基板２２がセットされたターンテーブル３４を移動させる構成としてもよい。

このような整形ローラ４１によるローラ処理では、ローラ処理の方向に応じた整形後のハンダバンプ２１の歪みが生じることがある。このため、本実施形態では、図４に示すように、矢印Ａ１３で示すように基板２２に対する整形ローラ４１の向きを変更しつつ、矢印Ａ１４ａ〜Ａ１４ｄに示すように４方向についてローラ処理を行うことにより、整形後のハンダバンプ２１の歪みの軽減を図っている。なお、本実施形態では、矢印Ａ１４ａ〜Ａ１４ｄで示す４方向についてローラ処理を行うようにしたが、これらの４方向のうちのいずれか１方向、２方向又は３方向についてローラ処理を行うようにしてもよい。また、本実施形態では、整形ローラ４１の向きを変更することにより、１つの整形ローラ４１で矢印Ａ１４ａ〜Ａ１４ｄで示す４方向についてのローラ処理を行うようにしたが、整形ローラ４１の向きを変更させる代わりに、向きの異なる２つの整形ローラ４１を設け、矢印Ａ１４ａ，Ａ１４ｂで示す方向のローラ処理と、矢印Ａ１４ｃ，Ａ１４ｄで示す方向のローラ処理とを別個の整形ローラ４１を用いて行うようにしてもよい。

また、本実施形態に係るバンプ整形部１１では、ターンテーブル３４の２つの回転位置Ｐｒ１，Ｐｒ２で基板２２に対するバンプ整形処理を行えるようになっている。この場合、例えば、回転位置Ｐｒ１では基板２２に対するローラ処理を図４の矢印Ａ１４ａ，１４ｂで示す方向について行い、回転位置Ｐｒ２では基板２２に対するローラ処理を図４の矢印Ａ１４ｃ，１４ｄで示す方向について行うようにしてもよい。あるいは、図１に示す構成の変形例として、回転位置Ｐｒ１，Ｐｒ２のいずれか一方でのみバンプ整形処理を行い、他方の回転位置Ｐｒ１，Ｐｒ２ではバンプ整形処理以外の処理を行うようにしてもよい。

検査部１２は、図５に示すように、光源ユニット５１と、撮像素子（例えば、ＣＣＤ又はＭＯＳ型撮像素子）５２と、第１及び第２のビームスプリッタ５３，５４と、第１及び第２のレンズユニット５５，５６と、ミラー部材５７を備えている。この検査部１２では、光源ユニット５１から出射された照射光（例えば、白色光、紫外線等）が、第２のビームスプリッタ５４により基板２２側に向けて反射（例えば、直角に反射）され、第１のレンズユニット（例えば、対物レンズユニット）５５を介して第１のビームスプリッタ５３に入射する。第１のビームスプリッタ５３に入射した照射光の一部はビームスプリッタ５３を透過して基板２２のハンダバンプ２１が設けられた領域に照射される一方、第１のビームスプリッタ５３に入射した照射光の残りの部分はビームスプリッタ５３によりミラー部材５７側に向けて反射（例えば、直角に反射）され、ミラー部材５７に入射する。

基板２２に照射された照射光の一部は、基板２２の表面で反射され、第１の反射光として第１のビームスプリッタ５３、第１のレンズユニット５５、第２のビームスプリッタ５４及び第２のレンズユニット（例えば、イメージレンズユニット）５６を透過して、撮像素子５２に入射する。このとき、レンズ系（５５，５６）、撮像素子５２及び基板２２の位置関係がレンズ系（５５，５６）の結像条件と整合していれば、第１の反射光により撮像素子５２の受光面上に基板２２の表面の状態に関連した像が形成される。また、ミラー部材５７に入射した照射光の一部は、第２の反射光として第１のビームスプリッタ５３により撮像素子５２側に向けて反射（例えば、直角に反射）され、第２のビームスプリッタ５４及び第２のレンズユニット（例えば、イメージレンズユニット）５６を透過して、撮像素子５２に入射する。

この撮像素子５２に入射する第１及び第２の反射光は、光源ユニット５１から出射してから撮像素子５２に入射するまでの互いの光路長が異なるため、撮像素子５２の受光面にてこれらの反射光の干渉が生じる。また、第１の反射光の光源ユニット５１から基板２２の表面を経由した撮像素子５２までの光路長は、基板２２表面の凹凸形状（特に、ハンダバンプ２１による凹凸形状）により、その光が基板２２表面のどの部分で反射されたかによって変化する。その結果、撮像素子５２の受光面にて、基板２２の表面の凹凸形状に関連した第１及び第２の反射光の干渉パターンが生成される。

また、第１及び第２のレンズユニット５５，５６のうちの少なくとも一部のレンズ要素（本実施形態では、第１のレンズユニット５５）が、レンズ系の焦点距離を可変とするため、矢印２０で示すように照射光及び反射光の光路に沿って駆動されるようになっている。また、その可動式のレンズ要素にはその位置を検出するためのセンサが設けられており、可動式のレンズ要素の位置が検出できるようになっている。

その可動式のレンズ要素（本実施形態では、第１のレンズユニット５５）を光路に沿って駆動すると、撮像素子５２の受光面に生成される第１及び第２の反射光の干渉パターンの状態が、ピントが合った状態とピントがはずれた状態とが繰り返されるように変化するようになっている。このため、この撮像画像と可動式のレンズ要素の位置情報とを利用することにより、基板２２表面（ハンダバンプ２１）の３次元形状を知ることができる。

このような構成により、この検査部１２では、可動式のレンズ要素（本実施形態では、第１のレンズユニット５５）を光路に沿って駆動しつつ、撮像素子２２による撮像を行い、その撮像画像のうちから抽出したピントが合っている（合焦性の高い）複数の撮像画像と、その複数の撮像画像に対応する可動式のレンズ要素の位置情報とに基づいて、基板２２表面（ハンダバンプ２１）の３次元形状に関する情報を取得するようになっている。そして、それによって得られた情報に基づき、ハンダバンプ２１の３次元形状の適否（例えば、整形後のバンプ２１の高さ、形状等）について検査が行われる。なお、この検査部１２の制御及びハンダバンプ２１の３次元形状に関する情報の取得及び適否判定等に必要な情報処理は、制御部１５又は検査部１２に備えられる制御部によって行われる。

検査部１２は、上記の如き共焦点方式の顕微鏡や干渉方式顕微鏡などによる３次元撮像方法を用いることができる。

エアブロー部１３は、基板２２にエアーを吹き付けることにより、基板２２等に付着した異物を除去する。

制御部１５は、バンプ整形部１１、検査部１２、エアブロー部１３及び搬送機構１４を統括して制御し、この基板処理装置１内に備えられる機能要素を処理手順に沿って動作させるようになっている。

この制御部１５による制御動作として、特筆すべきは以下の点である。すなわち、基板セット部３４ａにセットされた４つの基板２２に対する検査部１２による検査の結果、ハンダバンプ２１の整形不良（例えば、整形後のバンプ２１の高さが規定値よりも大きいなど）と判断された基板２２が４つの基板２２の中に含まれている場合には、その４つの基板２２がターンテーブル３４によりバンプ整形部１１に再度送り込まれ、それらの基板２２に対するバンプ整形処理が再度行われるようになっている。

以下に、この制御部１５の制御により行われるこの基板処理装置１の処理手順について詳細に説明する。

トレイ搬送機構３１，３２により、基板トレイ２３が所定のトレイ搬入位置から基板取出位置Ｐ１に搬送されてくると、その基板取出位置Ｐ１にて、ロボットアーム３６によって、基板２２が基板トレイ２３内から取り出され、ターンテーブル３４外に後退された基板移送機構３５の基板移送部３５ａにセットされる。４つの基板２２が基板移送部３５ａにセットされると、それらの基板２２が基板移送部３５ａにより矢印Ａ６で示すようにターンテーブル３４の基板セット部４３ａにセットされる。

基板セット部３４ａにセットされた基板２２は、ターンテーブル３４によりバンプ整形部１１に送り込まれ、上述の如くバンプ整形処理が施される。続いて、基板２２は、ターンテーブル３４により検査部１２に送り込まれ、上述の如く整形後のハンダバンプ２１の３次元形状の適否が検査される。

検査部１２による検査の結果、基板セット部３４ａ内の４つの基板２２について、バンプ整形処理が正常に行われていると判断された場合には、それらの基板２２が、ターンテーブル３４によりエアブロー部１３に送り込まれ、エアー吐出による異物除去が行われた後、ロボットアーム３７によりターンテーブル３４上から取り出される。取り出された基板２２は、トレイ搬送機構３２によって基板取出位置Ｐ１から基板収容位置Ｐ２に搬送されている基板トレイ２３内に挿入される。基板２２が挿入された基板トレイ２３は、トレイ搬送機構３２，３３により所定のトレイ搬出位置に搬送される。

一方、検査部１２による検査の結果、基板セット部３４ａ内の４つの基板２２のうちのいずれかについて、バンプ整形不良と判断された場合には、ターンテーブル３４が回転されて、それらの基板２２がロボットアーム３７による取出位置に到来しても、そのバンプ整形不良の基板２２を含む４つの基板２２についてはロボットアーム３７による取り出しが行われず、再度バンプ整形部１１に送り込まれ、バンプ整形処理が施されるようになっている。そして、その再バンプ整形処理が終了すると、それらの基板２２が検査部１２に再度送り込まれ、バンプ整形不良の有無についての再検査が行われる。

この再検査の結果、バンプ整形不良が解消されている場合には、上述の正常な基板２２と同様に、それらの基板２２がロボットアーム３７によりターンテーブル３４上から取り出されて、基板トレイ２３に挿入される。また、再検査の結果、再度バンプ整形不良と判断された場合の処理動作としては、それらの基板２２に対するバンプ整形処理を再度施す構成や、再度バンプ整形不良と判断された基板２２を不良基板２２として正常な基板２２と仕分けする構成等が採用可能である。

バンプ整形不良と判断された基板２２が含まれた４つの基板２２がエアブロー部１３を通過する際の処理としては、エアブロー処理を行うようにしてもよく、エアブロー処理を行わないようにしてもよい。

以上のように、本実施形態によれば、バンプ整形処理及び整形後のバンプの状態に関する検査処理を、バンプ整形不良発生時に行う再整形処理を含めて一連の工程で迅速かつ効率よく行うことができるとともに、設備コストや設置面積等の面で効率が図れ、また作業者の手間を削減できる。

また、ターンテーブル３４を用いることにより、簡易な構成でバンプ整形部１１と検査部１２との間の基板搬送を行うことができる。また、バンプ整形不良発生時に基板２２を検査部１２からバンプ整形部１１に戻す場合もスムーズかつ容易に対応することができる。

以下に上述の実施形態に係る構成の変形例について説明する。

図６は、図２ないし図４に示すバンプ整形部１１の変形例を示す図である。この変形例に係るバンプ整形部１１ａでは、図６に示すように、前述の整形ローラ４１の代わりにプレスヘッド６１を用いてバンプ整形処理が行われる。このプレスヘッド６１には、ハンダバンプ２１の整形が容易なようにプレスヘッド６１を加熱するための図示しないヒータが内蔵されている。そして、プレスヘッド６１で矢印Ａ２１に示すように基板２２のハンダバンプ２１が設けられている領域をプレスすることにより、ハンダバンプ２１が略平坦な形状に整形される。

また、プレスヘッド６１は、矢印Ａ２２で示すように縦軸周りに回転可能となっている。そして、プレスヘッド６１の矢印６２で示す所定の方向が、矢印Ａ２３ａ〜Ａ２４ａで示すように０°、９０°、１８０°及び２７０°の方向を向くように、向きを変えて、プレスヘッド６１によるプレス処理が複数回（例えば、４回）行われるようになっている。これによって、プレスヘッド６１のプレス面の温度の偏り等による影響が低減されるようになっている。なお、プレス回数は、０°、９０°、１８０°及び２７０°の４回に限らず、例えば０°、９０°の２回にしてよく、あるいは０°の１回のみにしてもよい。

また、上述の実施形態では、バンプ整形部１１及び検査部１２等の間の基板２２の搬送をターンテーブル３４を用いて行うようにしたが、ターンテーブル３４に限らず、搬送コンベヤ（例えば、ベルトコンベア）、ロボットアーム等の他の搬送機構を採用してもよい。

また、バンプ整形部１１及び検査部１２を経由する無端状の軌道を有する搬送コンベアを設け、バンプ整形部１１及び検査部１２をその搬送コンベアの軌道に沿って設置してもよい。この場合、基板２２のハンダバンプ２１が所定の形状に整形れるまで、バンプ整形部１１と検査部１２を往復するように、この無端状の軌道を基板２２が移動し、所定の形状にハンダバンプ２１が整形された後には、この無端軌道から取り出されるように搬送するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を模式的に示す平面図である。バンプ整形部に備えられる整形ローラの正面図及び側面図である。図２の整形ローラによるバンプの整形が行われる際の説明図である。図２の整形ローラによるバンプの整形が行われる際の説明図である。検査部の構成を模式的に示す図である。バンプ整形部の変形例を示す図である。

符号の説明

１基板処理装置、１１，１１ａバンプ整形部、１２検査部、１３エアブロー部、１４搬送機構、１５制御部、２１ハンダバンプ、２２基板、２３基板トレイ、３１〜３３トレイ搬送機構、３４ターンテーブル、３４ａ基板セット部、３５基板移送機構、３６，３７ロボットアーム、４１整形ローラ、６１プレスヘッド。

Claims

ハンダバンプが付与された基板に対して、該ハンダバンプの整形処理を行う基板処理装置であって、
基板に付与されたハンダバンプを整形するバンプ整形部と、
前記バンプ整形部による整形後のハンダバンプの状態を、撮像素子による撮像画像に基づいて検査する検査部と、
基板を前記バンプ整形部と前記画像検査部との間で搬送する搬送機構と、
前記検査部による検査の結果、ハンダバンプの整形不良と判断された基板を、前記搬送機構により前記バンプ整形部に戻し、ハンダバンプ整形部にその基板に対するハンダバンプの整形を再度行わせる制御部と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
請求項１に記載の基板処理装置において、
前記搬送機構は、
基板がセットされる基板セット部を有し、その基板セット部にセットされた基板を、回転することにより前記バンプ整形部と前記検査部との間で搬送するターンテーブルを備えることを特徴とする基板処理装置。
請求項１又は請求項２に記載に基板処理装置において、
前記バンプ整形部は、前記ハンダバンプの湾曲した上部を平滑化し、
前記検査部は、前記ハンダバンプの外観形状又は高さを検査することを特徴とする基板処理装置。