JP2010175380A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】下方から照射された光により透明基板上に塗布した点塗布マークを読み取る際に、該点塗布マークの厚みに起因した輪郭のぼやけの無い 鮮明な画像を認識することができる高精度な位置検出装置の提供を提供する。
【解決手段】ガラスプレート３０（光透過プレート）の下方に該ガラスプレート３０上の塗布マークＭに下側から光を照射するＬＥＤ照明３２（照明）を設け、さらに該ガラスプレート３０の下面に、認識用カメラ２０の光学的軸線と平行となるようにＬＥＤ照明３２から発せられた光の光軸を調整する液晶プレート３１を積層する。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体製造工程において使用される樹脂塗布装置に適用されて、基板上の半導体チップの周囲をアンダーフィル樹脂にて封止する際に、該アンダーフィル樹脂を吐出するための塗布ノズルを正確に位置決めすることができる技術に関する。

従来より、半導体の製造工程では、樹脂塗布装置を用いて、基板に搭載された半導体チップの周囲をアンダーフィル樹脂にて封止することが知られている。
この樹脂塗布装置では、半導体チップの周囲の直上に位置決めされた塗布ノズルから所定量のアンダーフィル樹脂を塗布し、半導体チップを封止するものである。

ところで、塗布ノズルの位置が封止対象の半導体チップからずれると樹脂による封止状態が不均一となり、不良の原因となる。近年では、ＦＣＢＧＡ（フリップチップＢＧＡパッケージ）等に代表されるように半導体チップの高精度化が進行しており、塗布ノズルの位置決め精度の向上が望まれている。
塗布ノズルの中心位置を検出する方法としては、図９に示すように、金属を平面研磨した塗布プレート５０に塗布ノズル５１を下ろし（図９（ａ）に示す）、塗布ノズル５１から樹脂を塗布して作り出した点塗布マークＭの上に認識用カメラ５２を移動させて、認識用カメラ５２側から光を当てて点塗布マークＭの画像を取り込み（図９（ｂ）に示す）、図９（ｃ）に示すように、該点塗布マークＭの画像の輪郭中心（イ）と、認識用カメラ５２の画面中心（ロ）との差から該認識用カメラ５２に対する塗布ノズル５１の中心位置（認識用カメラ５２と塗布ノズル５１間との間のオフセット量）を検出するものである。そして、このようなオフセット量に基づき、塗布ノズルを塗布位置に対して正確に位置決めするようにしている。すなわち、認識用カメラ５２−塗布ノズル５１間のオフセット量は、“「認識用カメラ５２と塗布ノズル５１の設置間隔（図９（ｃ）に符号Ａで示す）」＋「点塗布マークＭの画像の輪郭中心（イ）と認識用カメラ５２の画面中心（ロ）との差（図９（ｃ）に符号Ｂで示す）」”で示される。

そして、このような塗布ノズルの中心位置を検出する技術として、特許文献１及び２が知られている。
特許文献１に示される半導体装置では、点塗布の代わりに、塗布面上に塗布したレジンに塗布ノズルの先端部を没入して、該レジンに塗布ノズルの先端形状の凹部を形成し、その後、該凹部マークの輪郭中心と、カメラの画面中心との差から認識用カメラに対する塗布ノズルの中心位置（カメラ−塗布ノズル間のオフセット量）を検出するものである。
しかしながら、このような半導体装置では、カメラ画像により凹部マークの輪郭を認識する場合、ハレーションや外からのノイズ等の影響により、誤認識を引き起こす可能性がある。また、上述したような特許文献１の技術を用いて、点塗布画像を認識した場合には、金属プレート上の凹凸が背景に映りこむという問題や、金属プレートを清掃して繰り返し使用すると、汚れの付着が蓄積され、点塗布画像の背景がぼやけるという問題がある。

そして、このような問題を解決するために、特許文献２に示される技術では、ガラスからなる塗布プレート上に樹脂を塗布し、ガラスプレートの下方側から光を当てて、該樹脂に形成された認識マークの画像を、上方に位置する可視光カメラにより取り込むようにしている。

特開２００１−１７６８９７号公報 特開２００３−３４７３９０号公報

しかしながら、上記特許文献２の技術を用いて点塗布画像を認識した場合には、通過光を用いることによって凹凸（キズ）の影響を排除でき、うっすら付着している汚れは通過するが、点塗布マークは通過しない様に光量を調整した光を当てることによって影響を排除することができる。
しかし、この方式では、図１０に示すように、光源６０から発せられた光が、ガラスからなる塗布プレートを透過して、対象物である点塗布マークＭに至るようになるが、その際、点塗布マークＭに厚みがある場合、該点塗布マークＭのエッジＭ１に対して、光源６０から発せられた様々な方向の光が当たるため、エッジＭ１の輪郭がぼやけるという問題が発生する。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、下方から照射された光により透明な塗布プレート上に塗布した点塗布マークを読み取る際に、該点塗布マークの厚みに起因した輪郭のぼやけの無い 鮮明な画像を認識することができる高精度な位置検出装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。すなわち、本発明では、光透過プレート上に配された塗布ノズルから樹脂を吐出することにより得られた塗布マークの上方に認識用カメラを移動させて、該塗布マークの画像を取り込み、該塗布マークの画像の輪郭中心と認識用カメラの画面中心との差に基づき、認識用カメラと塗布ノズルとの間のオフセット量を測定する位置検出装置であって、前記光透過プレートの下方には該光透過プレート上の塗布マークに下側から光を照射する照明が設けられ、前記光透過プレートの下面には、前記認識用カメラの光学的軸線と平行となるように前記照明から発せられた光の光軸を調整する液晶プレートが積層されていることを特徴とする。

本発明の位置検出装置では、光透過プレートの下方に該光透過プレート上の塗布マークに下側から光を照射する照明を設けるとともに、該光透過プレートの下面に、塗布マークを認識する認識用カメラの光学的軸線と平行となるように前記照明から発せられた光の光軸を調整する液晶プレートを積層したので、認識用カメラの光学的軸線と平行な同一方向の光のみを、光透過プレート上の塗布マークに下方から照射することができる。
これによって、該塗布マークのエッジに乱反射せず、該塗布マークの厚みに起因した輪郭のぼやけの無い 鮮明な画像を認識することができる。その結果、塗布マーク画像の輪郭中心位置を正確に求め、認識用カメラと塗布ノズル間のオフセット量を正確に計算することがき、さらに正確に計算されたオフセット量に基づき、塗布ノズルを塗布位置に対して高精度で位置決めすることが可能となる。
また、光透過プレート上の汚れを透過させるように、照明の光度を調整することにより、光透過プレートについた汚れなどによるノイズを除去した鮮明な画像が得られ、認識用カメラに対する塗布マークの位置を高精度に検出することができる。

本発明に係わる樹脂塗布装置（位置検出装置）１００の平面図。 樹脂塗布装置１００の一部として設けられた塗布ユニット１０１の斜視図。 図２に示す塗布ユニット１０１の平面図。 図４は樹脂塗布装置１００の一部として設けられた塗布ステージ１０２の正面図 塗布ステージ１０２に設けられている液晶プレート３１の正面図 液晶プレート３１に設けられている液晶基板４０を示す図であって、（ａ）は電圧を印加しない状態の図、（ｂ）は電圧を印加した状態の図である。 液晶プレート３１を通過する光を示す図 反射板４５を使用した場合における液晶プレート３１を透過する光を示す図。 認識用カメラ５２と塗布ノズル５１間との間のオフセット量を説明するための図 従来の読み取り方式の問題点を示す図

本発明の実施形態を図１〜図８を参照して説明する。図１はアンダーフィル樹脂を塗布する樹脂塗布装置１００、図２及び図３は樹脂塗布装置１００の一部として設けられた塗布ユニット１０１、図４は樹脂塗布装置１００の一部として設けられた塗布ステージ１０２である。

まず、図１を参照して、樹脂塗布装置１００の全体構成について説明する。図１において符号１で示すものはＸ軸アーム、符号２で示すものはＸ軸アーム１と直交するように配置されたＹ軸アームであって、これらＸ軸アーム１及びＹ軸アーム２は水平面３内に配置されている。
Ｘ軸アーム１には、Ｘ軸モータ（図示略）が設けられており、該Ｘ軸モータによって、Ｘ軸アーム１に沿ってＹ軸アーム２を移動自在とする。一方、Ｙ軸アーム２には、Ｙ軸モータ（図示略）が設けられており、該Ｙ軸モータによって、Ｙ軸アーム２に沿って塗布ユニット１０１を移動自在とする。そして、このようなＸ軸アーム１及びＹ軸アーム２の駆動により、塗布ユニット１０１を水平面３内の任意の箇所に配置可能となっている。

Ｙ軸アーム２に設けられた塗布ユニット１０１の具体的構成について、図１及び図２を参照して説明する。
塗布ユニット１０１は、Ｙ軸アーム２に移動自在に設けられたユニット本体１０と、該ユニット本体１０に設けられた塗布手段１１及び撮影手段１２と、から構成されている。
塗布手段１１は、下端部に塗布ノズル１３が設けられかつ内部に充填したアンダーフィル樹脂が充填される塗布シリンジ１４と、該塗布シリンジ１４を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させる移動機構１５と、該移動機構１５を駆動して塗布シリンジ１４を昇降させる塗布ノズル用モータ１６と、から構成されている。また、該塗布手段１１の塗布シリンジ１４には、ピストン（図示略）が挿入されており、該ピストンに連結されたピストンロッド１７を操作することにより、内部に充填されたアンダーフィル樹脂が塗布ノズル１３を通じて塗布ステージ１０２上に吐出される。なお、ピストンロッド１７の操作は手動で行っても良いし、自動で行っても良い。

撮影手段１２は、塗布手段１１によって塗布ステージ１０２上に塗布されたアンダーフィル樹脂を撮影するための認識用カメラ２０と、該認識用カメラ２０を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させる移動機構２１と、該移動機構２１を駆動して認識用カメラ２０を昇降させるカメラ用モータ２２と、から構成されている。
なお、上述したＸ軸アーム１のＸ軸モータ、Ｙ軸アーム２のＹ軸モータ、塗布手段１１の塗布ノズル用モータ１６、撮影手段１２のカメラ用モータ２２は、図１に符号１０３で示される制御部からの制御信号によって駆動される。また、認識用カメラ２０も制御部１０３に接続されており、制御部１０３から指令で画像の取得をおこなう。

また、塗布手段１１の塗布ノズル１３と認識用カメラ２０とは、図３に示される関係に配置されている。すなわち、カメラ−塗布ノズル間のＸ軸方向に沿うＸ成分のオフセット量Ｘと、Ｙ軸方向に沿うＹ成分のオフセット量Ｙは、「認識用カメラ２０と塗布ノズル１３の設置間隔（すなわち、座標（Ｘ１、Ｙ１）−座標（Ｘ２、Ｙ２）の差（＝Ａ）」＋「点塗布マークＭの画像の輪郭中心（イ）と認識用カメラ２０の画面中心（ロ）との差（＝Ｂ）」”という関係で示される。なお、このようなオフセット量については、図９（ｃ）に示す関係と同様である。

次に、樹脂塗布装置１００の一部として設けられた本発明に係わる塗布ステージ１０２について図４〜図７を参照して説明する。
この塗布ステージ１０２は、図４に示すように、塗布ユニット１０１の塗布ノズル１３から吐出されたアンダーフィル樹脂が点塗布マークとして塗布されるガラスプレート３０と、該ガラスプレート３０の下面に全面に亙って積層された液晶プレート３１と、該液晶プレート３１の下面に全面に亙って積層されたＬＥＤ照明３２と、からなる３層構造である。該塗布ステージ１０２を構成するガラスプレート３０、液晶プレート３１、ＬＥＤ照明３２は共に同じ面積であり、また、ＬＥＤ照明３２は、ＬＥＤ素子を平面状に均一に配置したプレート構造である。
液晶プレート３１には、図１に示される電圧電源１０４が接続されており、電圧をかける方向は、電圧をかけて液晶粒子の向きを統一したとき、液晶プレート３１で偏向された光が、認識用カメラ２０のレンズ軸線に沿う光学的軸線２０Ａに平行かつ一致するように予め調整されている。また、電圧電源１０４は制御部１０３で制御されている。また、ＬＥＤ照明３２は、制御部１０３に接続されており、制御部１０３の指令で光の点灯／消灯を行う。

液晶プレート３１は、具体的には、図５のような層で構成されている。すなわち、中心に位置する液晶基板４０と、該液晶基板４０の上面及び下面にそれぞれ積層されて該液晶基板４０の駆動用電極となる透明電極４１と、該透明基板４１の上面及び下面にそれぞれ積層されたガラス基板４２と、該ガラス基板４２の上面及び下面にそれぞれ積層された偏光フィルタ４３と、から構成されており、下側に位置する偏光フィルタ４３の下面に、上述したＬＥＤ照明３２が配置されている。

２枚の偏向フィルタ４３は同じ方向を向けて張り合わせており、特定方向の振動を持つ光線のみを通過させる役割がある。また、液晶基板４０は、図６に示すように、電圧を印加しない場合には液晶分子の向きがバラバラになって光を通さず、また、透明電極４１により電圧を印加した場合は液晶の向きが一方向になって、この向きに沿った光だけが液晶を通過する。なお、液晶基板４０及び偏向フィルタ４３による光の選択的透過によって、図７に示すように、透過光の光軸が、認識用カメラ２０のレンズ軸線に沿う光学的軸線２０Ａに平行かつ一致するように予め調整がなされている。
そして、このような構成により、液晶プレート３１に電圧を印加し、かつＬＥＤ照明３２を点灯した場合には、図７に示すように、ガラスプレート３０上には同じ明るさの偏向された光だけが届き、ガラスプレート３０上のどの位置でも対象物には同じ方向を向いた光だけが当たることになる。これにより、ガラスプレート３０の上面に塗布した点塗布マークＭを認識用カメラ２０で観察する場合、該点塗布マークＭのエッジＭ１付近には同じ方向を向いた光だけがあたる。そのため、液晶プレート３１を通じて発せられる光は、エッジＭ１によって遮られる光と、遮られない光とに二分され、輪郭が明確な画像を得ることができる。また、ガラスプレート３０上の汚れを透過させるように、ＬＥＤ照明３２の光度を調整することにより、カメラ画像の悪化を軽減することができる。

次に、上記のように構成された樹脂塗布装置１００について、認識用カメラ２０に対する塗布ノズル１３の中心位置（カメラ−塗布ノズル間のオフセット量（図３参照））を測定する際の工程を以下にしめす。

〔１〕Ｘ軸アーム１及びＹ軸アーム２を駆動し、塗布シリンジ１４に設けられている塗布ノズル１３をガラスプレート３０の所定の場所に移動する。
〔２〕このときのＸ軸アーム１及びＹ軸アーム２のＸＹ座標を、制御部１０３が座標（Ｘ１、Ｙ１）として記録する。

〔３〕塗布ノズル用モータ１６を駆動することにより、塗布ノズル１３の先端をガラスプレート３０の上面から所定の高さに下ろす。その後、塗布シリンジ１４のピストンを所定量押し下げ、これにより塗布シリンジ１４からアンダーフィル樹脂を吐出して、ガラスプレート３０上に円状の点塗布マークＭを形成する。
〔４〕Ｘ軸アーム１及びＹ軸アーム２を駆動させて、認識用カメラ２０を点塗布マークＭの上に移動させる。

〔５〕このときのＸ軸アーム１及びＹ軸アーム２のＸＹ座標を、制御部１０３が座標（Ｘ２、Ｙ２）として記録する。
〔６〕液晶プレート３１に電圧を印加し、図６に示すように液晶の粒子が同一方向を向くように統一制御する。
〔７〕ＬＥＤ照明３２を点灯させ、偏向させた光を認識用カメラ２０に向かって照射する。

〔８〕偏向されたＬＥＤ照明３２の光によって映し出された点塗布マークＭの像を認識用カメラ２０で取得する。
〔９〕点塗布したときの座標（Ｘ１、Ｙ１）と認識用カメラ２０で画像を取得したときの座標（Ｘ２、Ｙ２）及び、点塗布マークＭの画像の輪郭中心（イ）と認識用カメラ２０画面中心（ロ）との差から、認識用カメラ２０に対する塗布ノズル１３の中心位置（カメラ−塗布ノズル間のオフセット量）を測定する。なお、上述したように、「認識用カメラ２０と塗布ノズル１３との間のオフセット量」は、「認識用カメラ２０と塗布ノズル１３の設置間隔（すなわち、座標（Ｘ１、Ｙ１）−座標（Ｘ２、Ｙ２）の差）」＋「点塗布マークＭの画像の輪郭中心（イ）と認識用カメラ２０の画面中心（ロ）との差」”で示される。

以上詳細に説明したように本実施形態に示される樹脂塗布装置１００では、ガラスプレート３０の下方に該ガラスプレート３０上の点塗布マークＭに下側から光を照射するＬＥＤ照明３２を設けるとともに、該ガラスプレート３０の下面に、点塗布マークＭを認識する認識用カメラ２０のレンズ軸線に沿う光学的軸線２０Ａと平行となるようにＬＥＤ照明３２から発せられた光の光軸を調整する液晶プレート３１を積層したので、認識用カメラ２０の光学的軸線２０Ａと平行な同一方向の光のみを、ガラスプレート３０上の点塗布マークＭに下方から照射することができる。
これによって、該点塗布マークＭのエッジＭ１に光が乱反射せず、該点塗布マークＭの厚みに起因した輪郭のぼやけの無い 鮮明な画像を認識することができる。その結果、点塗布マークＭの画像の輪郭中心位置を正確に求め、認識用カメラ２０と塗布ノズル１３間のオフセット量を正確に計算することがき、さらに正確に計算されたオフセット量に基づき、塗布ノズル１３を塗布位置に対して高精度で位置決めすることが可能となる。
また、ガラスプレート３０上の汚れを透過させるように、ＬＥＤ照明３２の光度を調整することにより、ガラスプレート３０についた汚れなどによるノイズを除去した鮮明な画像が得られ、認識用カメラ２０に対する点塗布マークＭの位置を高精度に検出することができる。

また、本実施形態に示される樹脂塗布装置１００では、液晶プレート３１を、電圧を印加したときに液晶の向きを統一して一方向に光を通過させる液晶基板４０と、該液晶基板４０を通過した光の中で特定方向の光のみを通過させる偏光フィルタ４３と、前記液晶基板４０に電圧を印加して液晶の向きを調整する透明電極４１とから構成したので、前記透明電極４１によって液晶基板４０に電圧を印加した場合、該液晶基板４０内の液晶の向きが統一されて一方向に光を通過させた後、偏光フィルタ４３によって該液晶基板４０を通過した光の中で特定方向の光のみを通過させて、ガラスプレート３０上の点塗布マークＭに至らせるようにした。
その結果、前記液晶基板４０及び偏光フィルタ４３を適宜調整することによって、認識用カメラ２０の光学的軸線２０Ａと平行な同一方向の光を、ガラスプレート３０上の点塗布マークＭに下方から照射することができ、該点塗布マークＭのエッジＭ１に乱反射せず、かつ該点塗布マークＭの厚みに起因した輪郭のぼやけの無い鮮明な画像を認識することができる。

また、本実施形態に示される樹脂塗布装置１００では、ガラスプレート３０をガラスプレートとすることで、該ガラスプレート３０に吐出した点塗布マークＭに対して、液晶プレート３１を通過した光を下方から円滑に照射することができる。なお、光透過プレートをガラスプレート３０とすることに限定されず、例えば、ポリカーボネートなどのプラスチックプレートを使用しても良い。

また、本実施形態に示される樹脂塗布装置１００では、液晶プレート３１の下面にＬＥＤ照明３２を配置したので、ガラスプレート３０上の点塗布マークＭへの光照射を小電力で行うことができる。

また、本実施形態に示される樹脂塗布装置１００では、点塗布マークＭの厚みに起因した輪郭のぼやけの無い鮮明な画像を認識することができ、点塗布マークＭ画像の輪郭中心位置を正確に求めることができるので、認識用カメラ２０と塗布ノズル１３の設置間隔、及び認識用カメラ２０によって読み取られた点塗布マークＭの輪郭中心（イ）と前記認識用カメラ２０の画面中心（ロ）との差、の和によって表されるオフセット量を正確に求めることができ、正確に計算されたオフセット量に基づき、塗布ノズル１３を塗布位置に対して高精度で位置決めすることが可能となる。

また、本実施形態に示される樹脂塗布装置１００では、ガラスプレート３０、液晶プレート３１、ＬＥＤ照明３２を同一形状に形成したので、ガラスプレート３０上のいずれの位置に点塗布マークＭを吐出したとしても、該点塗布マークＭに対して下方から同等の光を照射することができ、該点塗布マークＭの読み取りの作業性を向上させることが可能となる。

なお、上記実施形態では、アンダーフィル樹脂を塗布する樹脂塗布装置１００の例であるが、これに限定されず、樹脂を塗布する塗布ノズルと、認識用カメラが所定の間隔で配置している装置、例えば、半導体素子をポッティング樹脂で封止するポッティング装置などにも適用することができる。
また、上記実施形態では、認識用カメラ２０及び塗布ノズル１３間のオフセット量を測定する場合について説明しているが、単純に対象物の画像やエッジを測定する装置にも応用することが可能である。

また、上記実施形態では、液晶プレート３１の下面に、光源としてＬＥＤ照明３２を並べたプレートを使用しているが、図８で示すように、ガラスプレート３０の下面に積層された液晶プレート３１と、照明４４との間に、該照明４４から照射された光を反射させて該液晶プレート３１に至らせる反射板４５を設けることによって、光源となる１つの照明４４からの光を、反射板４５で反射させて液晶プレート３１に至らせることができ、これによって照明４５の種類及び配置が制限されず、設置の自由度を増すことができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１３ 塗布ノズル１
２０ 認識用カメラ
２０Ａ 光学的軸線
３０ ガラスプレート（光透過プレート）
３１ 液晶プレート
３２ ＬＥＤ照明（照明）
４０ 液晶基板
４１ 透明電極
４３ 偏光フィルタ
４４ 照明
４５ 反射板
１００ 樹脂塗布装置
１０１ 塗布ユニット
１０２ 塗布ステージ
Ｍ 点塗布マーク
Ｍ１ エッジ

Claims (7)

1. 光透過プレート上に配された塗布ノズルから樹脂を吐出することにより得られた塗布マークの上方に認識用カメラを移動させて、該塗布マークの画像を取り込み、該塗布マークの画像の輪郭中心と認識用カメラの画面中心との差に基づき、認識用カメラと塗布ノズルとの間のオフセット量を測定する位置検出装置であって、
   前記光透過プレートの下方には該光透過プレート上の塗布マークに下側から光を照射する照明が設けられ、
   前記光透過プレートの下面には、前記認識用カメラの光学的軸線と平行となるように前記照明から発せられた光の光軸を調整する液晶プレートが積層されていることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記液晶プレートは、電圧を印加したときに液晶の向きを統一して一方向に光を通過させる液晶基板と、該液晶基板を通過した光の中で特定方向の光のみを通過させる偏光フィルタと、前記液晶基板に電圧を印加して液晶の向きを調整する透明電極とを具備することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記光透過プレートはガラスプレートであることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の位置検出装置。
4. 前記照明はＬＥＤ照明であり、前記液晶プレートの下面に積層されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の位置検出装置。
5. 前記オフセット量は、前記カメラと塗布ノズルの設置間隔と、前記カメラによって読み取られた塗布マーク画像の輪郭中心と前記カメラの画面中心との差、の和によって表されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の位置検出装置。
6. 前記光透過プレート、液晶プレート、ＬＥＤ照明は同一形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の位置検出装置。
7. 前記光透過プレートの下面に積層された液晶プレートと、前記照明との間には、該照明から照射された光を反射させて該液晶プレートに至らせる反射板が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の位置検出装置。

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