JP2024040538A - 実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フェイスダウン実装で、チップ部品が基板認識マークを覆う場合においても、基板認識マークの位置情報を取得して高精度な実装を実現させる実装装置を提供すること。【解決手段】 チップ部品のチップ認識マークを有する面の反対面を保持するアタッチメントツールと、基板を保持する基板ステージと、前記チップ部品を透過する波長を含む光を、前記アタッチメントツール側から前記基板に面に向けて照射する反射用光源と、前記反射用光源が照射する光の反射光を認識する認識手段を備え、前記認識手段が、前記チップ部品を透過して前記基板で反射した光による画像を取得して、前記基板認識マークの位置情報を取得する実装装置を提供する。【選択図】 図４

Description

本発明はチップ部品を基板に実装する実装装置に関する。特に、基板の電極面にチップ部品の電極面を対向させて実装を行う実装装置に係る。

配線基板等の基板に半導体チップ等のチップ部品を実装する一つの形態として、基板の電極面にチップ部品の電極面を対向させて実装するフェイスダウン実装がある。

図１３にはフェイスダウン実装を行う基板Ｓの例を示すが、基板Ｓに複数配された実装箇所ＳＣ個々にチップ部品を、電極面同士を対向させて接合する。この際、基板Ｓの個々の実装箇所ＳＣに精度よくチップ部品を配置しないと、基板Ｓとチップ部品の電気的な接合が不完全となり、半導体装置の品質不良の原因となる。このため、基板Ｓの各実装箇所ＳＣには基板認識マークＡＳとして、基板認識第１マークＡＳ１および基板認識第２マークＡＳ２が図１３に示したように電極面側に設けてある。一方、チップ部品の電極面にもチップ認識マークＡＣとして、チップ認識第１マークＡＣ１およびチップ認識第２マークＡＣ２が設けてあり、図１４に示すような状態で、基板認識第１マークＡＳ１とチップ認識第１マークＡＣ１の位置関係および基板認識第２マークＡＳ２とチップ認識第２マークＡＣ２の位置関係から基板Ｓの実装箇所ＳＣに対するチップ部品Ｃの（基板Ｓ面内方向における）相対位置が求まり、これを是正することで位置精度を高められる。

従来、チップ認識マークＡＣと基板認識マークＡＳの相対位置を求めるのに際して、図１５に示すような、上下２視野カメラ５００が用いられており、上下２視野カメラ５００の上視野５０Ｕがチップ認識第１マークＡＣ１（またはチップ認識第２マークＡＣ２）を視野に入れ、下視野５０Ｄが基板認識第１マークＡＳ１（または基板認識第２マークＡＳ２）を視野にいれて撮像を行なっている。

この上下２視野カメラ５００を用いて、基板Ｓの実装箇所ＳＣに対するチップ部品Ｃの（基板Ｓ面内方向における）相対位置を求め是正することにより、最大誤差数μｍ程度の実装が可能である。

最大誤差数μｍという数値は、所謂フリップチップ実装と言われるフェイスダウン実装において、チップ部品Ｃの電極としてハンダバンプを用いるような電極ピッチが１００μｍ以上であれば十分であったが、Ｃｕピラーバンプを用いるような電極ピッチが５０μｍ強の場合には余裕がなく、更に高密度実装が進み電極ピッチが狭くなる現状において精度が不十分な用途もある。

そこで、上下２視野カメラを用いて更なる高精度化を図っているが、図１５に示す状態において、基板Ｓの実装箇所ＳＣに対してチップ部品Ｃを（基板Ｓ面内方向で）誤差１μｍ未満で位置合わせしても、実装段階の最大誤差が１μｍを超えることがある。これは、図１５の状態からチップＣが基板Ｓに向かって降下する際に、降下方向に僅かな傾きがあること等に起因している。このため、基板Ｓを保持する面に対する降下方向が垂直となるよう実装装置各部の加工精度や剛性を高めることで解決しようと試みているが、装置コストに影響が及ぶ。また、上下２視野カメラでは、上カメラと下カメラの光軸を合わせるのが難しく、相対ズレが発生するため、相対ズレの補正が必要である。

そこで、装置コストに大きな影響を及ばすにフェイスダウン実装の高精度化を図るべく、本願発明者らはフェイスアップ実装で用いている位置合わせ手法も組み合わせて、チップ部品を基板に極力接近させた状態で位置合わせが行える手法を見出だした（特許文献１
）。

これは、まず図１６に示すように、チップ部品Cを保持するアタッチメントツール４２にツール認識マークを付し、このツール認識手段を介して位置合わせを行うものである。具体的には、チップ位置認識手段８が図１６（ａ）に示すような状態でチップ認識第１マークＡＣ１とツール認識第１マークＡＴ１を同一視野内で撮像して相対位置情報を得て、図１６（ｂ）に示す状態で同様にチップ認識第２マークＡＣ２とツール認識第２マークＡＴ２の相対位置情報を得てから、図１７（ａ）に示すようにチップ部品Ｃを基板Ｓに接近させた状態でツール認識第１マークＡＴ１と基板認識第１マークＡＳ１の位置関係を求め、図１７（ｂ）のようにツール認識第２マークＡＴ２と基板認識第２マークＡＳ２の位置関係を求めてからチップ部品Ｃと基板Ｓの相対位置合わせを行うものである（特許文献１）。この方法では１つのカメラで撮像した画像を用いた位置合わせであるため、上下２視野カメラのような相対ズレの問題がない。

特願２０２２－００７５１３号 特開２０１８－０９３１４０号公報

近年、図１８に示すように、基板Ｓに実装箇所ＳＣを僅かな隙間で配置する形態が登場している。このような形態では、図１３に示した基板認識マークＡＳが実装箇所ＳＣより外側にある様式と異なり、図１９に示すように基板認識マークＡＳを実装箇所ＳＣ内に設けることになり、実装段階において基板認識マークＡＳはチップ部品Ｃに覆われた状態となる。

このため、図１７に示した状態で位置合わせを行う段階で、基板認識マークＡＳを観察することが出来ない。

そこで、ウェハ接合等で用いられている、シリコンを透過する波長の光（例えば近赤外光）を用いることを試みた。図２０に示すのはシリコンウェハ同士を接合する際の位置合わせに用いられている装置構成の一例であり、図２１（ａ）に示す下側ウェハの認識マークＡＷＢと図２１（ｂ）に示す上側ウェハの認識マークＡＷＴを、透過用光源７０２から発せられた近赤外光を（近赤外光に感度を有する）認識手段５０２により観察することで、図２１（ｃ）のように観測できるものである（例えば特許文献２）。

しかし、図２２のように、基板Ｓに対してチップ部品Ｃを実装する形態に図２０と同様な装置構成で観察したがシリコンウェハの接合と同様な透過光による観測はできなかった。これは、基板Ｓ内に存在する内部配線ＣＷが近赤外光を遮蔽するため、基板認識マークＡＳ（およびチップ認識マークＡＣ）が識別できないためである。また、基板を保持する基板ステージにヒーターを内蔵することが多いため、ヒーター下に光源を設けることもできない。

本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであり、電極面同士を対向させて実装するフェイスダウン実装で、チップ部品が基板認識マークを覆う場合においても、基板認識マークの位置情報を取得して高精度な実装を実現させる実装装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
位置合わせ用のチップ認識マークを有するチップ部品と、位置合わせ用の基板認識マークを有する基板とを、前記チップ認識マークを有する面と前記基板認識マークを有する面を対向させ、前記基板認識マークが前記チップ部品に覆われる状態で実装する実装装置であって、
前記チップ部品の前記チップ認識マークを有する面の反対面を保持するアタッチメントツールと、
前記基板を保持する基板ステージと、
前記チップ部品を透過する波長を含む光を、前記アタッチメントツール側から前記基板に面に向けて照射する反射用光源と、前記反射用光源が照射する光の反射光を認識する認識手段を備え、
前記認識手段が、前記チップ部品を透過して前記基板で反射した光による画像を取得して、前記基板認識マークの位置情報を取得する実装装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の実装装置であって、
前記認識手段が、前記反射用光源から照射され、前記チップ部品を透過して前記チップ部品の前記チップ認識マークを有する面で反射する光による画像を取得して、前記チップ認識マークの位置情報を取得し、
前記基板認識マークの位置情報と前記チップ認識マークの位置情報を用いて、前記基板と前記チップの位置合わせを行う実装装置である。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の実装装置であって、
前記チップ部品の下側から前記チップ部品を透過する波長を含む光を前記チップ部品に向けて照射する透過用光源を更に備え、
前記認識手段が、前記透過用光源から照射され、前記チップ部品を透過する波長の光による画像を取得して、前記チップ認識マークの位置情報を取得し、
前記基板認識マークの位置情報と前記チップ認識マークの位置情報を用いて、前記基板と前記チップの位置合わせを行う実装装置である。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の実装装置であって、
前記認識手段が前記チップ認識マークの位置情報を取得してから、前記アタッチメントツールを前記基板ステージ方向に移動させ、前記基板認識マークが前記認識手段の被写界深度に入る状態となるよう前記チップ部品を前記基板に接近させた状態で、前記基板認識マークの位置情報を取得する実装装置である。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の実装装置で、
前記チップ認識マークの位置情報を取得してから前記基板認識マークの位置情報を取得するまで、前記アタッチメントツールに対する前記認識手段の相対位置を維持する実装装置である。

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の実装装置であって、
前記アタッチメントツールがツール認識マークを有し、前記チップ部品の下側から前記チップ部品を透過する波長を含む光を前記チップ部品に向けて照射する透過用光源を更に備え、
前記認識手段が、前記透過用光源から照射され、前記チップ部品と前記アタッチメントツールを透過する波長の光による画像から、前記チップ認識マークの位置情報と前記ツール認識マークの位置情報を取得してから、前記認識手段が、前記反射用光源から照射され、前記基板で反射した前記チップ部品およびアタッチメントツールを透過する波長の光による画像から、前記基板認識マークの位置情報と前記ツール認識マークの位置情報を取得し、前記ツール認識マークとの相対位置情報を用いて、前記基板認識マークと前記チップ認識マークの位置関係を求め、前記基板と前記チップの位置合わせを行う実装装置である。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の実装装置であって、
前記基板認識マークと前記ツール認識マークの両方が前記認識手段の被写界深度に入る状態となるよう前記チップ部品を前記基板に接近させた状態で、前記基板認識マークの位置情報と前記ツール認識マークの位置情報を取得する実装装置である。

本発明により、電極面同士を対向させて実装するフェイスダウン実装で基板認識マークをチップ部品が覆う場合においても、基板認識マークの位置情報を取得して高精度な実装を実現させる実装装置を提供するものである

本発明の実施形態に係る実装装置の概略図である。 本発明の実施形態に係る光学的な構成を説明する、（ａ）正面図であり、（ｂ）側面図である。 本発明の実施形態に係る制御系を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る実装装置の認識手段が、（ａ）基板認識第１マークの位置情報を取得している状態を示し、（ｂ）基板認識第２マークの位置情報を取得している状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る実装装置の変形例１の概略図である。 本発明の実施形態に係る実装装置の変形例１で認識手段が、（ａ）チップ認識第１マークの位置情報を取得している状態を示し、（ｂ）チップ認識第２マークの位置情報を取得している状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る実装装置の変形例２の概略図である。 本発明の実施形態に係る実装装置の変形例２で認識手段が、（ａ）チップ認識第１マークの位置情報とツール認識第１マークの位置情報を取得している状態を示し、（ｂ）チップ認識第２マークの位置情報とツール認識第２マークの位置情報を取得している状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る実装装置の変形例２で認識手段が、（ａ）基板認識第１マークの位置情報とツール認識第１マークの位置情報を取得している状態を示し、（ｂ）基板認識第２マークの位置情報とツール認識第２マークの位置情報を取得している状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る変形例３である基板認識マークとチップ認識マークの組み合わせ毎に画像取込部を配した装置構成で、（ａ）チップ認識マークの位置情報を取得している状態を示し、（ｂ）基板認識マークの位置情報を取得している状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る変形例４である基板認識マークとチップ認識マークの組み合わせを複数取り込める視野を有した画像取込部を配した装置構成で、（ａ）チップ認識マークの位置情報を取得している状態を示し、（ｂ）基板認識マークの位置情報を取得している状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る変形例５である実装ヘッドがチップ供給部からチップのピックアップを行なう装置構成で、 （ａ）チップ部品をピックアップする状態を示し、（ｂ）チップ認識マークの位置情報を取得している状態を示し、（ｃ）基板認識マークの位置情報を取得している状態を示す図である。 複数のチップ部品を実装する基板の個々のチップ部品を実装する実装箇所と個々の基板認識マークについて説明する図である。 チップ部品を基板に実装する際の、チップ認識マークと基板認識マークが対向した状態を示す図である。 チップ部品のチップ認識マークと基板の基板認識マークを対向させて、位置合わせを行なう従来例について説明する図である。 高精度位置合わせを行う従来例でチップ位置認識手段が、（ａ）チップ認識第１マークの位置情報とツール認識第１マークの位置情報を取得している状態を示し、（ｂ）チップ認識第２マークの位置情報とツール認識第２マークの位置情報を取得している状態を示す図である。 高精度位置合わせを行う従来例で認識手段が、（ａ）基板認識第１マークの位置情報とツール認識第１マークの位置情報を取得している状態を示し、（ｂ）基板認識第２マークの位置情報とツール認識第２マークの位置情報を取得している状態を示す図である。 複数のチップ部品を僅かな隙間で実装する基板の個々のチップ部品を実装する実装箇所と個々の基板認識マークについて説明する図である。 複数のチップ部品を僅かな隙間で実装する際の、チップ認識マークと基板認識マークが対向した状態を示す図である。 ウェハ接合に用いられている近赤外光透過を利用した位置合わせについて説明する図である。 ウェハ接合の位置合わせに用いられる（ａ）下側ウェハの認識マークの形状例、（ｂ）上側ウェハの認識マークの形状例、（ｃ）位置合わせが出来た状態の上下の認識マークの透過画像を示す図である。 近赤外光透過を利用した位置合わせを、内部配線のある基板へのチップ部品実装に適用する際の問題点を説明する図である。

本発明の実施形態について、図を用いて説明する。図１は本発明の実施形態における実装装置１の概略図である。

実装装置はチップ部品を配線基板等の基板に実装するものであるが、図１の実装装置１は、チップ部品の電極面を基板の電極面と対向させて実装するフェイスダウン実装を行う構成となっている。

実装装置１は基板ステージ２、昇降手段３、実装ヘッド４、認識手段５、チップ搬送手段６および光源７（反射用光源７１、必要に応じて透過用光源７２）を構成要素としている。

図１の実装装置１において、基板ステージ２は、ステージ移動制御手段２０と吸着テーブル２３によって構成される。吸着テーブル２３は表面上に配置した基板を吸着保持するものであり、吸着テーブル２３は、ステージ移動制御手段２０により、基板を保持した状態で、基板面の面内方向に移動することが可能である。

ステージ移動制御手段２０は、吸着テーブル２３をＹ方向に直線移動可能なＹ方向ステージ移動制御手段２２と、Ｙ方向ステージ移動制御手段２２をＸ方向に直線移動可能で基台２００上に設けられたＸ方向ステージ移動制御手段２１によって構成されている。 Ｙ方向移動制御手段２２はスライドレール上に配置した可動部に吸着テーブル２３を搭載しており、可動部はＹ方向サーボ２２１により移動および位置制御される。また、Ｘ方向移動制御手段２１はスライドレール上に配置した可動部にＹ方向移動制御手段２２を搭載しており、可動部はＸ方向サーボ２１１により移動および位置制御される。

昇降手段３は図示していない門型フレームに固定されており、上下駆動軸が吸着テーブル２３に対して垂直方向に設けられており、上下駆動軸に実装ヘッド４を連結している。昇降手段３は実装ヘッド４を上下駆動するとともに、設定に応じた加圧力を印加する機能を有している。また、実装装置１では、昇降手段３を（図示しない門型フレームにより）２方向から支持するとともに、実装ヘッド４に直線的に連結しているため、加圧時に実装ヘッド４への横方向の力は加わり難くなっている。

実装ヘッド４は、チップ部品Cを保持して（基板ステージ２の吸着テーブル２３に保持された）基板と平行な状態で圧着するものである。実装ヘッド４は、ヘッド本体４０、ヒーター部４１、アタッチメントツール４２およびツール位置制御手段４３を構成要素としている。ヘッド本体４０はツール位置制御手段４３を介して昇降手段３と連結しており、下側にヒーター部４１を固定配置している。ヒーター部４１は発熱機能を有し、アタッチメントツール４２を介してチップ部品Cを加熱するものである。また、ヒーター部４１は減圧流路を用いてアタッチメントツール４２を吸着保持する機能を有している。アタッチメントツール４２はチップ部品Cを吸着保持するものであり、チップ部品Cの形状に応じて交換される。ツール位置制御手段４３は、昇降手段３の上下駆動軸に対する鉛直面内方向にヘッド本体４０の位置を微調整するものであり、これに応じてアタッチメントツール４２および、アタッチメントツール４２が保持するチップ部品Ｃの（図のＸＹ面内における）位置が調整される。

ツール位置制御手段４３は、Ｘ方向ツール位置制御手段４３１、Ｙ方向ツール位置制御手段４３２、ツール回転制御手段４３３を構成要素としている。図１に示す実施形態では、ツール回転制御手段４３３がヘッド本体４０の回転方向を調整し、Ｙ方向ツール位置制御手段４３２がツール回転制御手段４３３のＹ方向位置を調整し、Ｘ方向ツール位置制御手段４３１がＹ方向位置制御手段のＸ方向位置を調整する構成となっているが、これに限定されるものではなく、ツール回転制御手段４３３がX方向ツール位置制御手段４３１の上（昇降手段３側）に配置されてもよく、要はアタッチメントツール４２のＸ方向位置、Ｙ方向位置、回転角の調整ができればよい。

図２にはヘッド本体４０の周辺を主とした図を示すが（図２（ａ）に正面図、図２（ｂ）に側面図）、本実施形態のフェイスダウン実装において、チップ部品Ｃ電極面の対角位置にチップ認識マークＡＣ（チップ認識第１マークＡＣ１およびチップ認識第２マークＡＣ２）、基板Ｓ電極面のチップ部品実装箇所対角の目安位置に基板認識マークＡＳ（基板認識第１マークＡＳ１および基板認識第２マークＡＳ２）が設けられている。ここで、チップ認識マークＡＣおよび基板認識マークＡＳは、後述するチップ部品Ｃ（の素材であるシリコン）を透過する波長の光を反射する性質を有していることが望ましい。

実装装置１では、基板認識マークＡＳおよびチップ認識マークＡＣの方向を実装ヘッド４越しに観察することが可能な構成としており、アタッチメントツール４２はチップ部品を透過する波長の光に対して透明性を有するか、基板認識マークＡＳの位置に合わせた貫通孔を設けたりしている。また、ヒーター部４１についても基板認識マークＡＳが観察できる材料を用いるか開口部を設ける必要があり、本実施形態では図２のように貫通孔４１Ｈを設けている。また、基板認識マークＡＳまたは／およびチップ認識マークＡＣの位置情報を高分解能で得るため画像取込を（基板認識マークＡＳとチップ認識マークＡＣの組み合わせ毎に）複数箇所で行うことが望ましく、認識手段５の画像取込部５０が移動できる空間が必要であり、本実施形態では図２に示すよう実装ヘッド４にヘッド空間４０Ｖを設けている。すなわち、ヘッド本体４０は、ヒーター４１上で連結した側板、両側板を連結する天板にて構成される構造となっている。

認識手段５はチップ部品Ｃを透過する波長の光に対して感度を有し、基板認識マークＡＳ、チップ認識マークＡＣを撮像し、認識手段５の配置位置情報および認識手段５が撮像した視野内の座標から、基板認識マークＡＳやチップ認識マークの位置情報を得ることが可能である。本実施形態において、基板位置認識手段５は、画像取込部５０、光路５２、ならびに光路５２に連結する撮像手段５３を構成要素としている。ここで、撮像手段５３はチップ部品Ｃを透過する波長の光に対して感度を有している。

画像取込部５０は、撮像手段５３が画像を取得する認識対象に対向して配置され、認識対象を視野内に納めるものである。

また、認識手段５は図示していない駆動機構により、画像取込部５０をヘッド空間４０Ｖ内で、基板Ｓ（およびチップ部品Ｃ）の面内方向で移動することが可能な構成となっている。更に、焦点位置が調整できるように、基板Ｓの垂直方向（Ｚ方向）の移動も可能であることが望ましい。

実装ヘッド４は昇降手段３により基板Ｓと垂直方向に移動するが、この動作は認識手段５の動作と独立して行うことが可能である。このため、実装ヘッド４が垂直方向に移動しても、ヘッド空間４０Ｖに進入した認識手段５が干渉しない寸法にヘッド空間４０Ｖを設計する必要がある。

なお、認識手段５の画像取込部５０の可動範囲は、ヘッド空間４０Ｖ内に限られたものではなく、ヘッド空間４０Ｖから外れて基板Ｓ上を移動して基板認識マークＡＳの位置情報を取得することも可能である。

チップ搬送手段６は、搬送レール６０とチップスライダ６１によって構成されており、図示しないチップ供給部から供給されたチップ部品Ｃをチップスライダ６１が保持してアタッチメントツール４２の下までスライドして搬送するものである。

ここで、図示しないチップ供給部は、チップスライダ６１上の定まった位置にチップ部品Ｃを配置する。必要に応じて、チップスライダ６１に配置されたチップ部品Ｃは図示しない認識機構で配置位置を認識してもよい。また、チップスライダ６１に搭載されたチップ部品Cを面内方向（XY方向）に位置調整する位置調整手段をチップ搬送手段６が有していてもよい。このように、チップスライダ６１およびチップスライダ６１に配置するチップ部品Ｃの位置を制御することで、アタッチメントツール４２の所定範囲内にチップ部品Ｃを受け渡すことが可能である。アタッチメントツール４２がチップ部品Ｃを保持した後に、チップ部品Ｃの保持を解除したチップスライダ６１は退避位置に移動する。

光源７として、反射用光源７１が必要である。反射用光源７１は、アタッチメントツール４２の上側から基板Ｓに向けて光を照射するものであるが、反射用光源が発する光にはチップ部品Ｃを透過する波長が含まれている。ここで、チップ部品Ｃを透過する波長としては近赤外領域が好ましいが、これに限定されるものではない。

図３に示す制御部１０は、実体的にはＣＰＵと記憶装置を主要な構成要素とし、必要に応じてインターフェイスを各装置の間に在させている。また、制御部１０はプログラムを内蔵することにより、取得データを用いた演算を行い、演算結果に応じた出力を行うこともできる。更に、取得データや演算結果を記録して新たな演算用のデータとして用いる機能も備えていることが望ましい。

制御部１０は、基板ステージ２と接続し、Ｘ方向ステージ移動制御手段２１とＹ方向ステージ移動制御手段２２の動作制御を行って吸着テーブル２３の面内移動制御を行う。また、制御部１０は、吸着テーブル２３を制御して、基板Ｓの吸着保持および解除の制御を行う。

制御部１０は、昇降手段３と接続し、実装ヘッド４の上下方向（Ｚ方向）の位置制御を行うとともに、チップ部品Ｃを基板Ｓに圧着する際の加圧力を制御する機能を有している。

制御部１０は実装ヘッド４と接続し、アタッチメントツール４２によるチップ部品Ｃの吸着保持および解除、ヒーター部４１の加熱温度、ヘッド本体４０（およびヒーター部４１、アタッチメントツール４２）のＸＹ面内での位置をツール位置制御手段４３で制御する機能を有している。

制御部１０は認識手段５と接続し、画像取込部５０の水平（ＸＹ面内）方向および垂直方向（Ｚ方向）の位置を制御するとともに、撮像手段５３を制御して画像データを取得する機能を有している。更に制御部１０は画像処理機能を有しており、画像取込部５０の位置情報と撮像手段５３が取得した画像から基板認識マークＡＳとツール認識マークＡＴの相対位置関係や、画像取込部５０の位置情報と合わせて基板認識マークＡＳまたは／およびツール認識マークＡＴの位置を算出する機能を有している
制御部１０はチップ搬送手段６と接続し、搬送レール６０に沿って移動するチップスライダ６１の位置を制御する機能を有している。

制御部１０は反射用光源７１と接続し、光照射の有無や照射パワーを制御する機能を有している。

以下、実装装置１が、基板Ｓの実装箇所ＳＣにチップ部品を位置合わせして実装する過程を説明するが、これに先立ち、基板Ｓは基板保持過程を経て、実装装置１の基板ステージ２に保持されている。ここで、基板ステージ２の吸着テーブル２３に対する基板Ｓの配置情報は画像認識手段等により取得され、制御部１０に記憶されていることが望ましい。

また、チップ部品Ｃは、チップ搬送手段６により搬送され、アタッチメントツール４２に保持されるチップ保持過程を経ている。ここで、チップ部品Ｃは、図示しないチップ供給部からチップスライダ６１に受け渡され、チップスライダ６１からアタッチメントツール４２に受け渡される際に所定の位置精度を確保しており、アタッチメントツール４２に所定の位置精度で保持されている。

図４は、基板認識マークＡＳの位置情報を取得する基板位置取得過程を説明する図である。図４において、反射用光源７１はチップ部品Ｃを透過する波長を含む光を照射している。このため、図４（ａ）では、チップ部品Ｃを透過する波長の光により、基板Ｓの表面で反射して、チップ部品Ｃを透過した画像が認識手段５によって得られ、その画像から基板認識第１マークＡＳ１の位置情報が得られる。また、認識手段５を水平に移動することで、（基板認識第１マークＡＳ１と同様に）基板認識第２マークＡＳ２の位置情報も得られる。以上の過程により、基板Ｓ（の実装箇所ＳＣ）の配置状態が判る。

ここで、図４の状態においてチップ認識マークＡＣの位置情報を得られることもある。すなわち、図４（ａ）の場合、チップ部品Ｃ内に入った光の一部がチップ下面で反射するが、反射率がチップ認識第１マークＡＣ１と他の部分で異なれば、基板認識第１マークＡＳ１と同時に観察することも可能である。特に、チップ部品Ｃを基板Ｓに接近させた状態では、基板認識第１マークＡＳ１とチップ認識第１マークＡＣ１の両方を被写界深度内で観察すれば、基板認識第１マークＡＳ１とチップ認識第１マークＡＣ１の正確な位置情報を取得することが可能である。これは、図４（ｂ）における基板認識第２マークＡＳ２とチップ認識第２マークＡＣ２においても同様であり、図４（ａ）と図４（ｂ）に示した動作だけから位置合わせを行うことも可能である。

ただし、チップ認識マークＡＣのあるチップ部品Ｃの電極面に形成された絶縁体層の影響などで、基板認識マークＡＳに比べて、チップ認識マークＡＣのコントラストは低く画像処理を用いても識別し難いこともあり、位置情報を取得できないこともある。

このような場合、チップ認識マークＡＣの位置情報を別の手法で得る必要がある。そこで、実装装置１の変形例１として図５のような装置構成の実装装置１００１でチップ認識マークＡＣの位置情報を得ることにした。図１に示した実装装置１に対する図５に示した相違点は、透過用光源７２の存在である。ここで、透過用光源７２は、反射用光源７１と同様にチップ部品を透過する波長を含む光を発するものである。また、透光用光源７２は制御部１０に接続され、制御部１０によって制御される。

この透過用光源７２を用いてチップ認識マークの位置情報を取得する方法について図６を用いて説明する。図６（ａ）、図６（ｂ）において、チップ部品Ｃの下から基板Ｓを退避させ透過用光源７２を配している。この状態において、実装ヘッド４の高さは、図４に示した状態の、チップ部品Ｃが基板Ｓに接近した状態としている。また、認識手段５が画像を取得する際、反射用光源７１を点灯させず、透過用光源７２はチップ部品Cに向けて光を照射する。

図６（ａ）の状態において、認識手段５は、画像取込部５０からチップ部品Ｃを透過する波長の光によりチップ認識第１マークＡＣ１の明瞭な画像を得ることができ、その画像情報を得た制御部１０により、チップ認識第１マークＡＣ１の位置情報が取得できる。同様に、図６（ｂ）の状態で、チップ認識第２マークＡＣ２の位置情報が取得できる。

ここで、前述のとおり、図４と図６の何れも、チップ部品Ｃが基板Ｓに接近した状態であるので、同一条件での基板認識第１マークＡＳ１とチップ認識第１マークＡＣ１の位置情報と、基板認識第２マークＡＳ２とチップ認識第２マークＡＣ２の位置情報を得ることが出来、基板Ｓの実装箇所ＳＣに対するチップ部品Ｃの位置ズレ量を算出できる。そこで、この位置ズレを修正するように、基板ステージ２とアタッチメントツール４２の少なくとも一方の位置調整を行って、実装箇所ＳＣにチップ部品Ｃを位置合わせしてから、実装ヘッド４を降下して、チップ部品Ｃを基板Ｓに密着させて実装する。

ところで、図４の状態における基板認識マークＡＳの位置情報取得と、図６の状態におけるチップ認識マークＡＣの位置情報取得は何れが先でも良いが、基板ステージ２を水平方向に移動する必要があり、実装ヘッド４の上下動が必要な場合もある。このため、基板ステージ２や実装ヘッド４を移動させる機構の繰り返し精度に応じて、実装箇所ＳＣに対するチップ部品Ｃの位置ズレ量に誤差を生じることになり、高精度な位置合わせが保証できない。また、基板ステージ２を比較的大きく移動させる必要があり、その移動時間が実装のタクトタイムに影響を及ぼすこともある。

このような事態を考慮した実装装置１の変形例２を図７に示す。図７に示す実装装置１００２では、アタッチメントツール４２が基板Ｓから離れ、チップスライダ６１により受け渡されたチップ部品Ｃを保持した状態で、基板Ｓとチップ部品Ｃの間に配置された透過用光源７２がチップ部品Ｃに向けて光を照射する。

具体的な状態を図８に示すが、変形例２は、アタッチメントツール４２にツール認識マークＡＴを設けている。ここで、アタッチメントツール４２がチップ部品Ｃを保持した状態において、ツール認識第１マークＡＴ１はチップ認識第１マークＡＣ１の近傍にあり、ツール認識第２マークＡＴ２はチップ認識第２マークＡＣ２の近傍となるように、ツール認識第１マークＡＴ１とツール認識第２マークＡＴ２はアタッチメントツール４２に付されている。なお、ツール認識マークＡＴは、透過用光源７２の波長に含まれチップ部品Ｃを透過する波長の光に対して透過性の低い（更に反射性が高いと好ましい）材料によって描かれている。

図８（ａ）の状態において、認識手段５は、画像取込部５０からチップ部品Ｃおよびアタッチメントツール４２を透過する波長の光により、チップ認識第１マークＡＣ１とツール認識第１マークＡＴ１の画像を得ることができ、その画像情報を得た制御部１０により、チップ認識第１マークＡＣ１とツール認識第１マークＡＴ１の相対位置情報を取得して記憶できる。同様に、図８（ｂ）の状態で、チップ認識第２マークＡＣ２とツール認識第２マークＡＴ２の相対位置情報を取得して記憶できる。この結果、ツール認識第１マークＡＴ１とツール認識第２マークＡＴ２の位置情報から、チップ認識第１マークＡＣ１とチップ認識第２マークＡＣ２が算出できる。

次に、透過用光源７２（およびチップスライダ６１）を退避させてから、図４と同様にチップ部品Ｃが基板Ｓに接触しない程度に極力接近させ、反射用光源７１を用いて画像を取得している。この状態を示したのが図９であるが、図９では、図４と異なり、基板認識マークＡＳの他にツール認識マークＡＴも観察している。なお、図９において、基板認識マークＡＳとツール認識マークＡＴが認識手段５の被写界深度内にあることが望ましい。

図９（ａ）の状態で認識手段５は、画像取込部５０から、基板認識マークＡＳ１とツール認識マークＡＴ１の画像を取得して、その画像情報を得た制御部１０により基板認識第１マークＡＳ１とツール認識第１マークＡＴ１の相対位置情報が得られるが、先にチップ認識第１マークＡＣ１とツール認識第１マークＡＴ１の相対位置関係が得られているので、基板認識第１マークＡＳ１とチップ認識第１マークＡＣ１の位置情報を算出することが出来る。同様に、図９（ｂ）の状態での観察から、基板認識第２マークＡＳ２とチップ認識第２マークＡＣ２の位置情報を算出することが出来る。

このように、基板認識第１マークＡＳ１とチップ認識第１マークＡＣ１の位置情報と、基板認識第２マークＡＳ２とチップ認識第２マークＡＣ２の位置情報を得ることが出来、基板Ｓの実装箇所ＳＣに対するチップ部品Ｃの位置ズレ量を算出できる。そこで、この位置ズレを修正するように、基板ステージ２とアタッチメントツール４２の少なくとも一方の位置調整を行って、実装箇所ＳＣにチップ部品Ｃを位置合わせしてから、実装ヘッド４を降下して、チップ部品Ｃを基板Ｓに密着させて実装する。

この変形例２では、チップ認識マークＡＣとツール認識マークＡＴの相対位置関係はアタッチメントツール４２と基板Ｓの距離とは関係なく、チップ部品Ｃを基板Ｓに接近させた状態で位置合わせが行えるので、誤差要因の少ない高精度位置合わせによる実装が可能である。また、アタッチメントツール４２がチップ部品Ｃをチップスライダ６１から受け取る高さ位で、チップ認識マークＡＣとツール認識マークＡＴの位置情報を取得できるため、基板ステージ２を稼動させることもなく、実装タクトタイムへの影響も僅かである。

ところで、アタッチメント４２に対する画像取込部５０の相対位置が図８（ａ）と図９（ａ）で同じであれば、図８（ａ）と図９（ａ）で、チップ部品Cに対して同一位置で画像を得ることができる。このため、図８（ａ）の状態で得て記憶したチップ認識第１マークＡＣ１の位置情報と、図９（ａ）で得られる基板認識第１マークＡＳ１の位置情報を同一視野かつ同一座標で比較することができる。このため、ツール認識第１マークＡＴ１の位置情報は不要になる。同様に、アタッチメント４２に対する画像取込部５０の相対位置が図８（ｂ）と図９（ｂ）で同じであれば、ツール認識第２マークＡＴ２の位置情報は不要になる。ただし、1つの画像取込部５０が、水平方向（ＸＹ面内）および上下方向（Ｚ方向）に移動して、各認識マークの位置情報を取得する装置構成では、アタッチメント４２に対する画像取込部５０の相対位置を図８（ａ）と図９（ａ）で完全一致させることは難しいため（図８（ｂ）と図９（ｂ）も同様）、ツール認識マークＡＴを介してチップ認識マークＡＣと基板認識マークＡＳの相対位置情報を求めることが望ましい。

一方において、画像取込部５０を、チップ認識マークＡＣの位置情報を取得してから基板認識マークＡＳの位置情報取得するまで、アタッチメントツール４２に対して相対位置を維持（固定）した状態にすれば、ツール認識マークＡＴを用いずに精密位置合わせを行える。

そのような構成の一例が図１０に示す変形例３である。図１０の変形例３では、チップ認識第１マークＡＣ１と基板認識第１マークＡＳ１の位置情報を取得するための画像取込部５０１と、チップ認識第２マークＡＣ２と基板認識第２マークＡＳ２の位置情報を取得するための画像取込部５０２を別に設けている。図１０（ａ）の状態において、透過用光源７２１を点灯させ、画像取込部５０１から取り込んで（図示しない）撮像手段５３１はチップ認識第１マークＡＣ１の画像を得る。撮像手段５３１が制御部１０に接続されていれば、制御部１０の演算処理により、撮像手段５３１の視野内におけるチップ認識第１マークＡＣ１の位置情報を求めて記憶することができる。同様に、透過用光源７２２を点灯させて画像取込部５０２から取り込んで（図示しない）撮像手段５３２が得たチップ認識第２マークＡＣ２の画像から、撮像手段５３２の視野内におけるチップ認識第２マークＡＣ２の位置情報を（撮像手段５３２に接続する制御部１０により）求めて記憶することができる。

その後、透過用光源７２１と透過用光源７２２を退避させてから、画像取込部５０１と画像取込部５０２をヘッド本体４０（とアタッチメントツール４２）に対して相対位置を維持（固定）した状態にして、チップ部品Ｃを基板Ｓに接近させた状態が図１０（ｂ）である。図１０（ｂ）の状態において、反射用光源７１を点灯させ、チップ部品Ｃを透過する波長の光により、撮像手段５３１は画像取込部５０１から取り込んだ基板認識第１マークＡＳ１の画像を得て、制御部１０により撮像手段５３１の視野内における基板認識第１マークＡＳ１の位置情報を求める。同様に、撮像手段５３２は画像取込部５０２から取り込んだ基板認識第１マークＡＳ１の画像を得て、撮像手段５３２の視野内における基板認識第２マークＡＳ２の位置情報を求める。

そこで、同一視野、同一座標系で求めた、チップ認識第１マークＡＣ１と基板認識第１マークＡＳ１の位置関係および、チップ認識第２マークＡＣ２と基板認識第２マークＡＳ２の位置情から、基板Ｓに対するチップ部品Ｃの位置ズレ（ＸＹ方向およびＺ方向に対する回転角）を算出し、位置ズレを補正するようにアタッチメントツール４２の位置をツール位置制御手段４３によって修正すればよい。

ところで、変形例３で、チップ認識第１マークＡＣ１と基板認識第１マークＡＳ１の位置情報を得るための撮像手段５３１と、チップ認識第２マークＡＣ２と基板認識第２マークＡＳ２の位置情報を得るための撮像手段５３２という２つの撮像手段を設けているが、チップ認識第１マークＡＣ１と基板認識第１マークＡＳ１の位置情報とチップ認識第２マークＡＣ２および基板認識第２マークＡＳ２の位置情報を位置合わせに必要な精度で得られるのであれば撮像手段は１つでも良い。すなわち、本発明の実施形態の変形例４は、図１１（ａ）の状態で透過用光源７２を点灯させ、画像取込部５００から取り込んで（図示しない）撮像手段５３０はチップ認識第１マークＡＣ１とチップ認識第２マークＡＣ２の画像を得て、撮像手段５３０に接続された制御部１０が、チップ認識第１マークＡＣ１とチップ認識第２マークＡＣ２の位置情報を求めて記憶する。その後、透過用光源７２を退避させてから、画像取込部５００をヘッド本体４０に対して相対位置を維持（固定）した状態にして、チップ部品Ｃを基板Ｓに接近させた状態が図１１（ｂ）である。図１１（ｂ）の状態において、反射用光源７１を点灯させ、チップ部品Ｃを透過する波長の光により、撮像手段５３０は画像取込部５００から取り込んだ基板認識第１マークＡＳ１と基板認識第２マークＡＳ２の画像を得て、制御部１０により撮像手段５３１の視野内における基板認識第１マークＡＳ１の位置情報を求める。

次に、同一視野、同一座標系で求めた、チップ認識第１マークＡＣ１と基板認識第１マークＡＳ１の位置関係および、チップ認識第２マークＡＣ２と基板認識第２マークＡＳ２の位置情から、基板Ｓに対するチップ部品Ｃの位置ズレ（ＸＹ方向およびＺ方向に対する回転角）を算出し、位置ズレを補正するようにアタッチメントツール４２の位置をツール位置制御手段４３で調整すればよい。

ところで、図１０および図１１に示したように、認識手段５の画像取込部５０を、チップ認識マークＡＣの位置情報を取得してから基板認識マークＡＳの位置情報を取得するまで、アタッチメントツール４２に対して相対位置を維持（固定）した状態にする構成であれば、実装ヘッド４が大きく移動する装置構成でも本発明は実施可能である。

その例として図１２に示したのが実施形態の変形例５である。図１２の装置構成では、図１２（ａ）のように実装ヘッド４がウェハＷからチップ部品Ｃをピックアップしてから、基板ステージ２上まで移動して（図１２（ｃ））、基板Ｓにチップ部品Ｃを実装するものであるが、実装ヘッド４が移動する途中に（図１２（ｂ）のように）透過用光源７２を配置してチップ認識マークＡＣの位置情報を取得してもよい。この後、図１２（ｃ）の状態で基板認識マークＡＳの位置情報を取得するが、移動の間も認識手段５（の画像取込部５０）とアタッチメントツール４２の相対位置が維持されていれば、チップ認識マークＡＣと基板認識マークＡＳの位置情報をそのまま同一座標で比較することができる。

なお、本発明は、図１８に示すように基板認識マークＡＳがチップ部品Cで覆われる状態で実装する場合に特に有効であるが、図１３に示すように基板認識マークASが基板に覆われることのない場合においても有効である。すなわち、チップ部品Cを透過したチップ認識マークＡＣの画像が得られるので、図１６に示したようなチップ位置認識手段８が不要になる。

１ 実装装置
２ 基板ステージ
３ 昇降手段
４ 実装ヘッド
５ 認識手段
６ チップ搬送手段
７ 光源
１０ 制御部
２０ ステージ移動制御手段
２１ Ｘ方向ステージ移動制御手段
２２ Ｙ方向ステージ移動制御手段
２３ 吸着テーブル
４０ ヘッド本体
４１ ヒーター部
４２ アタッチメントツール
４３ ツール位置制御手段
５０ 画像取込部
５２ 光路
５３ 撮像手段
６０ 搬送レール
６１ チップスライダ
７１ 反射用光源
７２ 透過用光源
ＡＣ、ＡＣ１、ＡＣ２ チップ認識マーク
ＡＳ、ＡＳ１、ＡＳ２ 基板認識マーク
ＡＴ、ＡＴ１、ＡＴ２ ツール認識マーク
Ｃ チップ部品
Ｓ 基板
ＳＣ （チップ部品）実装箇所

Claims (7)

1. 位置合わせ用のチップ認識マークを有するチップ部品と、位置合わせ用の基板認識マークを有する基板とを、前記チップ認識マークを有する面と前記基板認識マークを有する面を対向させ、前記基板認識マークが前記チップ部品に覆われる状態で実装する実装装置であって、
   前記チップ部品の前記チップ認識マークを有する面の反対面を保持するアタッチメントツールと、
   前記基板を保持する基板ステージと、
   前記チップ部品を透過する波長を含む光を、前記アタッチメントツール側から前記基板に面に向けて照射する反射用光源と、
   前記反射用光源が照射する光の反射光を認識する認識手段を備え、
   前記認識手段が、前記チップ部品を透過して前記基板で反射した光による画像を取得して、前記基板認識マークの位置情報を取得する実装装置。
2. 請求項１に記載の実装装置であって、
   前記認識手段が、前記反射用光源から照射され、前記チップ部品を透過して前記チップ部品の前記チップ認識マークを有する面で反射する光による画像を取得して、前記チップ認識マークの位置情報を取得し、
   前記基板認識マークの位置情報と前記チップ認識マークの位置情報を用いて、前記基板と前記チップの位置合わせを行う実装装置。
3. 請求項１に記載の実装装置であって、
   前記チップ部品の下側に配置され、前記チップ部品を透過する波長を含む光を前記チップ部品に向けて照射する透過用光源を更に備え、
   前記認識手段が、前記透過用光源から照射され、前記チップ部品を透過する波長の光による画像を取得して、前記チップ認識マークの位置情報を取得し、
   前記基板認識マークの位置情報と前記チップ認識マークの位置情報を用いて、前記基板と前記チップの位置合わせを行う実装装置。
4. 請求項３に記載の実装装置であって、
   前記認識手段が前記チップ認識マークの位置情報を取得してから、前記アタッチメントツールを前記基板ステージ方向に移動させ、
   前記基板認識マークが前記認識手段の被写界深度に入る状態となるよう前記チップ部品を前記基板に接近させた状態で、前記基板認識マークの位置情報を取得する実装装置。
5. 請求項４に記載の実装装置で、
   前記チップ認識マークの位置情報を取得してから前記基板認識マークの位置情報を取得するまで、前記アタッチメントツールに対する前記認識手段の相対位置を維持する実装装置。
6. 請求項１に記載の実装装置であって、
   前記アタッチメントツールがツール認識マークを有し、
   前記チップ部品の下側から前記チップ部品を透過する波長を含む光を前記チップ部品に向けて照射する透過用光源を更に備え、
   前記認識手段が、前記透過用光源から照射され、前記チップ部品と前記アタッチメントツールを透過する波長の光による画像から、前記チップ認識マークの位置情報と前記ツール認識マークの位置情報を取得してから、
   前記認識手段が、前記反射用光源から照射され、前記基板で反射した前記チップ部品およびアタッチメントツールを透過する波長の光による画像から、前記基板認識マークの位置情報と前記ツール認識マークの位置情報を取得し、
   前記ツール認識マークとの相対位置情報を用いて、前記基板認識マークと前記チップ認識マークの位置関係を求め、前記基板と前記チップの位置合わせを行う実装装置。
7. 請求項６に記載の実装装置であって、
   前記基板認識マークと前記ツール認識マークの両方が前記認識手段の被写界深度に入る状態となるよう前記チップ部品を前記基板に接近させた状態で、前記基板認識マークの位置情報と前記ツール認識マークの位置情報を取得する実装装置。