JP3651465B2 - 電子部品位置合わせ方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二つの電子部品に形成された位置合わせ用のマーク手段を利用して両電子部品を位置合わせする電子部品位置合わせ方法に関し、詳しくは、二つの電子部品の位置合わせ用のマーク手段をマーク認識装置の同一視野内に捕らえて該両者の位置計測を行うことによって、高精度な位置合わせを可能とする電子部品位置合わせ方法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、二つの電子部品を位置合わせして組立てるには、図８及び図９に示すようなボンディング装置を用いて行っていた。このボンディング装置は、架台１に立設された支持部材２の側面に設けられたガイド部３に沿って上下動可能に設けられ加圧ヘッド４を駆動するヘッド可動手段５と、該ヘッド可動手段５に固定され加圧ヘッド４に所定の荷重を付与する押圧手段６と、架台１上に上記加圧ヘッド４に対向して配設されたステージ７と、加圧ヘッド４とステージ７の間に挿入可能に設置されたマーク認識装置８とを備えて構成されていた。
【０００３】
なお、上記ステージ７はＸ軸駆動源１２、Ｙ軸駆動源１３及び図示省略のθ回転駆動源により、Ｘ方向、Ｙ方向に移動可能、及びθ方向に回転可能とされ、ヘッド可動手段５はＺ軸駆動源１４によってＺ方向に移動可能となっていた。また、マーク認識装置８は、図１０に示すように、カメラユニット８ａの中に２台のカメラ８ｂ，８ｃを撮影レンズの光軸が一致した状態で水平位置に並べて配置し、上記カメラ８ｂ，８ｃ間に両面が平行な反射面とされた両面反射ミラー８ｄを４５度傾けて配置して構成されていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このように構成された従来のボンディング装置により、板状またはシート状の基板９に対してチップ部材１０を位置合わせして組立てるには、先ず、ヘッド可動手段５及び加圧ヘッド４が最上部に上昇した状態において、ステージ７の載置部１１に基板９を載置し、加圧ヘッド４の下面にチップ部材１０が保持される。次に、マーク認識装置８が図９において矢印Ａ方向に進んで基板９とチップ部材１０との間に挿入される。これにより、上記マーク認識装置８で、下方に位置する基板９のアライメントマークと上方に位置するチップ部材１０のアライメントマークとを同時に認識できる状態になる。
【０００５】
次に、上述の状態でＺ軸駆動源１４を駆動してヘッド可動手段５を下降させ、チップ部材１０のアライメントマークがマーク認識装置８によって明瞭に認識できる位置で停止させる。このようにして、マーク認識装置８により基板９及びチップ部材１０の双方のアライメントマークが認識されると、図８及び図９に示す制御手段１５がＸ軸駆動源１２、Ｙ軸駆動源１３及び図示省略のθ回転駆動源を駆動してステージ７をＸ方向及びＹ方向に移動し、さらにθ方向に回転して、基板９及びチップ部材１０の双方のアライメントマークが一致するようにさせる。
【０００６】
このように、基板９及びチップ部材１０の双方のアライメントマークが一致して該基板９及びチップ部材１０の位置合わせが完了すると、マーク認識装置８は図９において矢印Ｂ方向に退避し、押圧手段６が動作して押圧軸６ａを延ばして加圧ヘッド４を押し下げ、チップ部材１０を基板９上に密着させて組立て接合していた。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−９４２３２号公報 （第４頁、図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のボンディング装置においては、基板９とチップ部材１０との位置合わせは、該両者間に挿入したマーク認識装置８により行われるため、基板９とチップ部材１０との間にはマーク認識装置８を挿入するのに十分な距離が必要となる。その結果、図１１に示すように、同図（ａ）において、基板９のアライメントマーク１６とチップ部材１０のアライメントマーク１７とを正確に位置合わせした場合であっても、その位置合わせ後に、同図（ｂ）において、基板９と密接するまでチップ部材１０を矢印Ｃ方向に下降させる移動距離が長くなるものであった。このため、チップ部材１０を下降させる機構精度に基づく移動誤差が生じて、図１１（ｂ）に示すように、基板９とチップ部材１０とのアライメントマーク１６，１７間にずれδが発生する場合があった。したがって、上記基板９とチップ部材１０とを、高精度に位置合わせできないことがあった。
【０００９】
また、図１０において、２台のカメラ８ｂ，８ｃの光軸の傾きや、両面反射ミラー８ｄの厚みによる２画像の認識誤差Δ等が存在するものであった。したがって、上記基板９とチップ部材１０とを、高精度に位置合わせできないことがあった。これらの誤差を全て補正して、例えば１μｍ以下の高精度な位置合わせを行うためには、精密な補正機構や複雑な機構制御が必要となり、装置が高価なものとなる虞があった。
【００１０】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、高精度な位置合わせを可能とする位置合わせ方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による位置合わせ方法は、一対の位置合わせ穴を所定位置に所定間隔だけ離して形成した第１の電子部品と、大きさの異なる複数の位置合わせ標示部を同心状に配置した多角形状のアライメントマークを前記位置合わせ穴に合致して形成した第２の電子部品とを相対して配置するステップと、前記位置合わせ穴内部に前記アライメントマークの小さい位置合わせ標示部の全体像を捕らえ、該小さい位置合わせ標示部を用いて前記アライメントマークの大きい位置合わせ標示部の全体像が前記位置合わせ穴内部に捕らえられるように第１及び第２の電子部品を粗調整するステップと、前記大きい位置合わせ標示部または大小双方の位置合わせ標示部により、前記位置合わせ穴の中心に対しアライメントマークを位置合わせするための位置補正量を計測するステップと、該位置補正量分だけ前記第２の電子部品を相対的に移動して前記第１及び第２の電子部品を微調整して位置合わせをするステップと、を実行するものである。
【００１２】
このような方法により、第１の電子部品の位置合わせ穴で、その内部に、相対して配置した第２の電子部品のアライメントマークにて、同心状に配置した大きさの異なる複数の位置合わせ標示部のうち、小さい位置合わせ標示部の全体像を捕らえ、該小さい位置合わせ標示部で第１及び第２の電子部品の位置合わせの粗調整をし、アライメントマークの大きい位置合わせ標示部の全体像が位置合わせ穴内部に捕られると、大きい位置合わせ標示部または大小双方の位置合わせ標示部で位置合わせ穴の中心に対しアライメントマークを位置合わせするための位置補正量を計測し、その位置補正量分だけ第２の電子部品を相対的に移動して第１及び第２の電子部品を微調整して位置合わせをする。これにより、第１及び第２の電子部品の位置合わせを高精度に行う。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による電子部品位置合わせ方法の実施の形態を示す模式図である。この電子部品位置合わせ方法は、二つの電子部品の位置合わせ用のマーク手段をマーク認識装置の同一視野内に捕らえて該両者の位置計測を行うことによって、高精度な位置合わせを可能とするもので、図１に示すように、一方の電子部品の受け台２１と、他方の電子部品の位置調整機構２２と、マーク認識装置２３とを備えた装置を使用して実施される。なお、符号２４は、二つの電子部品を接合するためのボンディングツールを示している。
【００１４】
図１において、先ず、第１の電子部品２５を受け台２１に保持すると共に、第２の電子部品２６を位置調整機構２２に保持する。ここで、上記第１の電子部品２５は、例えば、プリント基板やガラス基板等の基板であり、又はインクジェットプリンタ等の画像形成装置のプリントヘッドに用いられるノズル部材などであり、図２（ａ）に示すように、シート状の部材の所定位置に所定間隔ｐだけ離して二つの位置合わせ穴２７ａ，２７ｂが開けられている。また、上記第２の電子部品２６は、例えば、半導体ウェハから切り出した個々のチップであり、又はインクジェットプリンタ等の画像形成装置のプリントヘッドに用いられるＩＣなどであり（以下、単に「チップ」という）、図２（ｂ）に示すように、チップの所定位置に上記二つの位置合わせ穴２７ａ，２７ｂの間隔ｐに合致させた所定間隔ｑで二つのアライメントマーク２８ａ，２８ｂが形成されている。
【００１５】
なお、図２（ａ）において、上記位置合わせ穴２７ａ，２７ｂは、直径５０〜６０μｍ程度の円形穴とされている。また、符号２９は、第１の電子部品２５としての例えばノズル部材に穿設された直径約１７μｍ程度のノズルを示しており、このノズル２９は例えば４２μｍ程度のピッチで形成されている。また、図２（ｂ）において、上記アライメントマーク２８ａ，２８ｂは、図３に示すように外径の直径が３０μｍ程度で内径の直径が１５μｍ程度の大小二つの円を同心円状に配置して形成したものであり、例えば、アルミニウムの薄膜で形成した大円Ｌの中心部をエッチングして小円Ｓを形成したものである。ここで、大円Ｌは、大きさの異なる複数の位置合わせ標示部を同心状に配置した多角形状のアライメントマークのうち大きい位置合わせ標示部を示し、小円Ｓは、上記アライメントマークのうち小さい位置合わせ標示部を示す。また、図２中で符号３０は、第２の電子部品２６としての例えばプリントヘッド用のチップに形成された約２０μｍ四方のヒータを示しており、このヒータ３０は上記ノズル２９に相関する部位にノズル２９と同様に４２μｍ程度のピッチで形成されている。
【００１６】
上記アライメントマーク２８ａ，２８ｂは、具体的には、図４に示すように、シリコン基板４１上にＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型トランジスタ４２，４３と、１層目配線パターン４４と、ヒータ３０とを層間絶縁膜４５を介して順次積層して形成したチップの表層部に、電源用配線パターン４６、及びアース用配線パターン４７、並びにＭＯＳ型ドライバートランジスタ４３をヒータ３０に接続する配線パターン４８の２層目配線パターンを形成する際に、同時にトランジスタ等の回路形成領域外にアルミニウムの薄膜をエッチングして形成される。
【００１７】
上述のように、アライメントマーク２８ａ，２８ｂを大円Ｌと小円Ｓの２重円としたのは、次の理由によるものである。一般に、画像処理の分解能は、認識画像の周囲長に正の相関をもつ。従って、周囲長の長い大円Ｌの方が、位置合わせ精度が高くなる長所を有する。しかし、円形状が大きくなると、第１の電子部品２５と第２の電子部品２６とをそれぞれ所定位置に搭載した予備位置決め段階で、アライメントマーク２８ａ，２８ｂの大円Ｌの全体像が位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ内部に捕らえられる確立が低くなり、予備位置決めに要求される精度が厳しくなるという欠点を有する。一方、周囲長の短い小円Ｓは、画像処理の分解能が低く位置合わせ精度は低くなるが、円形状が小さいために予備位置決め段階で小円Ｓの全体像が位置合わせ穴２７ａ，２７ｂの内部に捕らえられる確立が高いという長所を有する。そこで、大円Ｌと小円Ｓそれぞれの長所を取り入れて２重円としたものである。
【００１８】
より具体的には、例えば、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂをφ６０μｍとし、アライメントマークがφ２０μｍの一つの円で形成されているとすると、上記予備位置決めに要求される精度は、上記位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ及びアライメントマークの中心間距離で±２０μｍ以内となる。そして、このときの画像処理精度は、各マーク手段の周囲長の平方根に比例するものと考えられ、上述の場合の画像処理精度比は、１３．７：７．９と予想される。一方、本発明におけるアライメントマーク２８ａ，２８ｂを大円Ｌがφ３０μｍ、小円Ｓがφ１５μｍの同心２重円とすると、予備位置決め精度は、上記アライメントマーク２８ａ，２８ｂの小円Ｓと位置合わせ穴２７ａ，２７ｂの中心間距離で±２２．５μｍ以内となり、上述のアライメントマークを一つの円で形成した場合に比べて緩和される。また、画像処理精度は、アライメントマーク２８ａ，２８ｂの大円Ｌと位置合わせ穴２７ａ，２７ｂとの周囲長の平方根の比で決まるため、その画像処理精度比は、１３．７：１１．９となり、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ及びアライメントマーク２８ａ，２８ｂの位置合わせ精度が大きく改善されることになる。
【００１９】
したがって、アライメントマーク２８ａ，２８ｂを２重円に形成することにより、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ内部にアライメントマーク２８ａ，２８ｂの小円Ｓの全体像を高い確立で捕らえることができる。また、この小円Ｓを用いて大円Ｌの全体像が位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ内部に捕らえられるように粗調整し、その結果、大円Ｌの全体画像が捕らえられた場合には、この大円Ｌまたは大小双方の円Ｌ，Ｓを用いて微調整をすることにより、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂに対するアライメントマーク２８ａ，２８ｂの位置合わせを高精度に行うことができる。
【００２０】
上記シート状部材の第１の電子部品２５は、例えばフレーム等に接着されており、図５に示すように、受け台２１に設けられたエア吸着孔（図示省略）によりエア吸着されて受け台２１の所定位置に保持されるようになっている。この場合、上記受け台２１にて第１の電子部品２５を載置保持する箇所には、該第１の電子部品２５の二つの位置合わせ穴２７ａ，２７ｂに対応させて二つの透視孔３１ａ，３１ｂが形成されている。この透視孔３１ａ，３１ｂは、上記位置合わせ穴２７ａ，２７ｂが十分に見えるように、例えば直径４００μｍ程度の円形穴とされている。また、上記受け台２１には、ヒータ等の加熱手段（図示省略）が内蔵されており、該受け台２１に接触する第１の電子部品２５の部分を加熱できるようになっている。
【００２１】
上記第２の電子部品２６は、ボンディングツール２４を介して位置調整機構２２の所定位置に保持される。この場合、図５において、ボンディングツール２４に設けられたエア吸着孔（図示省略）によりエア吸着されて保持されるようになっている。そして、上記ボンディングツール２４は位置調整機構２２と共にＺ方向に上下して、該ボンディングツール２４の下面側にチップ受渡しギャップｒを形成する。なお、上記ボンディングツール２４には、ヒータ等の加熱手段（図示省略）が内蔵されており、該ボンディングツール２４に接触する第２の電子部品２６を加熱できるようになっている。また、上記ボンディングツール２４に保持された第２の電子部品２６の下面側には、接着剤の役割を果たすドライフィルムレジスト３２が成膜されている。そして、このドライフィルムレジスト３２にて第２の電子部品２６の二つのアライメントマーク２８ａ，２８ｂに対応する箇所には、二つの透視孔３３ａ，３３ｂが形成されている。
【００２２】
上記ボンディングツール２４を介して第２の電子部品２６を保持する位置調整機構２２は、図１に示すように、第２の電子部品２６を水平面内でＸ方向移動及びＹ方向移動並びにθ回転させるようになっており、更にその全体が垂直面内でＺ方向に移動可能とされており、上記第１の電子部品２５と第２の電子部品２６とを接合できるようになっている。この場合、図５に示すように、受け台２１の上面と第２の電子部品２６の下面との間には、二つの電子部品を位置合わせするときのアライメントギャップｓ（例えば７０〜１３０μｍ程度）が設定される。
【００２３】
このような状態で、次に、上記第１の電子部品２５の位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ内に第２の電子部品２６のアライメントマーク２８ａ，２８ｂを導入した状態でマーク認識装置２３の同一視野内にとらえて該両者の位置計測を行う。ここで、上記マーク認識装置２３は、図５に示すように、第１の電子部品２５の二つの位置合わせ穴２７ａ，２７ｂの間隔に合わせて２台のカメラ２３ａ，２３ｂが備えられている。すなわち、上記カメラ２３ａ，２３ｂは、受け台２１に形成された二つの透視孔３１ａ，３１ｂの位置にそれぞれ対応させて設けられている。これらのカメラ２３ａ，２３ｂは、同軸落射付きの所定倍率（例えば約９倍）のレンズと、ビデオカメラ又は所定の画素密度（例えば１／４インチで４０万画素程度）のＣＣＤカメラから成る。なお、上記カメラ２３ａ，２３ｂは１台のカメラを二つの透視孔３１ａ，３１ｂ間を移動して交互に切り換えて撮影するようにしてもよい。
【００２４】
そして、上記カメラ２３ａ，２３ｂのレンズは、所定距離の焦点深度を有しており、上記第２の電子部品２６と第１の電子部品２５とは、それぞれの位置合わせ穴２７ａ，２７ｂとアライメントマーク２８ａ，２８ｂとが上記の焦点深度内に位置して保持されるようになっている。このことから、上記カメラ２３ａ，２３ｂを、矢印Ｄ，Ｅのように高さ調節して第１の電子部品２５に近づけた状態で、第２の電子部品２６のアライメントマーク２８ａ，２８ｂと第１の電子部品２５の位置合わせ穴２７ａ，２７ｂとを同時に撮影することができる。
【００２５】
こうして、マーク認識装置２３において、第１の電子部品２５の位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ及び第２の電子部品２６のアライメントマーク２８ａ，２８ｂの双方の画像が認識されると、図６に示す処理手順に従い位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ及びアライメントマーク２８ａ，２８ｂの位置合わせが行われる。
【００２６】
先ず、ステップＳ１においては、マーク認識装置２３により上記位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ及びアライメントマーク２８ａ，２８ｂの画像が取り込まれる。そして、ステップＳ２で、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ内部に、アライメントマーク２８ａ，２８ｂの小円Ｓがサーチされる。ここで、第２の電子部品２６の上記ボンディングツール２４に対する取り付け精度不良やアライメントマーク２８ａ，２８ｂの欠損等により位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ内部に小円Ｓの全体像が認識されない場合は、処理エラー（ステップＳ３）となり位置合わせの段階は終了する。そして、図１に示す位置調整機構２２は上昇し、図５に示すようにボンディングツール２４の下面側にチップ受渡しギャップｒを形成して新しい第２の電子部品２６と交換される。なお、ステップＳ２において、小円Ｓのサーチは上述のような自動サーチではなく、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ内部に小円Ｓの画像を目視観察しながら手動で行ってもよい。
【００２７】
一方、ステップＳ２で、図７（ａ）に示すように、小円Ｓの全体像が認識された場合には、ステップＳ４に進んで、該小円Ｓの画像に基づいて位置合わせ穴２７ａ，２７ｂの中心位置に対する小円Ｓの位置補正量が計測される。そして、図１に示す位置調整機構２２の駆動によって、第２の電子部品２６がＸ方向、Ｙ方向に移動されまたはθ回転され、アライメントマーク２８ａ，２８ｂの小円Ｓが位置合わせ穴２７ａ，２７ｂの中心Ｏに向けて、矢印Ａ方向に引き込まれる（図７（ａ）参照）。これにより、第１及び第２の電子部品２５，２６が粗調整される（図７（ｂ）参照）。
【００２８】
次に、ステップＳ５においてアライメントマーク２８ａ，２８ｂの大円Ｌがサーチされる。ここで、大円Ｌの全体像が認識できなかった場合、例えば、ステップＳ２で認識された小円Ｓの画像がゴミを誤認したものであった場合や、アライメントマーク２８ａ，２８ｂの形成誤差で大円Ｌと小円Ｓの中心位置がずれているために、ステップＳ４における小円Ｓの引き込み操作にも係わらず大円Ｌの一部が位置合わせ穴２７ａ，２７ｂの影に隠れて欠けており円と認識されなかった場合、またはシステムノイズ等により大円Ｌを円と認識できなかった場合には処理エラー（ステップＳ６）となり、位置合わせの段階は終了する。そして、図１に示す位置調整機構２２は上昇し、図５に示すようにボンディングツール２４の下面側にチップ受渡しギャップｒを形成して新しい第２の電子部品２６と交換される。
【００２９】
また、ステップＳ５において、図７（ｂ）に示すように、アライメントマーク２８ａ，２８ｂの大円Ｌの全体像が認識された場合には、ステップＳ７に進んで、認識されたアライメントマーク２８ａ，２８ｂは２重円を構成しているか否かが判断される。ここで、２重円の判断は、大円Ｌと小円Ｓの中心が略一致し同心円を形成しているか否かを基準に行われる。ステップＳ７で２重円でないと判断された場合、即ち、上述したように、アライメントマーク２８ａ，２８ｂの形成誤差により大円Ｌと小円Ｓの中心位置がずれている場合には処理エラー（ステップＳ８）となり、位置合わせの段階は終了し、前述と同様にして新しい第２の電子部品２６と交換される。
【００３０】
一方、ステップＳ７で、画像認識されたアライメントマーク２８ａ，２８ｂが２重円であると判断された場合は、ステップＳ９に進んで、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂとアライメントマーク２８ａ，２８ｂの中心間距離を計測して位置補正量が求められる。例えば、この位置補正量は、アライメントマーク２８ａ，２８ｂの大円Ｌに基づいて計測されたものや、または大円Ｌ及び小円Ｓに基づくそれぞれの補正量の平均値、あるいは大円Ｌ及び小円Ｓの大きさを按分しその割合に応じて重み付けして得られた補正量である。位置補正量が計測されると、上記位置調整機構２２の駆動によって、第２の電子部品２６がＸ方向、Ｙ方向に移動されまたはθ回転され、アライメントマーク２８ａ，２８ｂが位置合わせ穴２７ａ，２７ｂの中心Ｏに向けて、矢印Ｂ方向に引き込まれる（図７（ｂ）参照）。これにより、第１及び第２の電子部品２５，２６が微調整され、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂとアライメントマーク２８ａ，２８ｂとの中心位置が一致するように位置合わせがされる（図７（ｃ）参照）。なお、各マーク手段の形成誤差や二つの電子部品の熱膨張の差等により、図２に示す位置合わせ穴２７ａ，２７ｂの間隔ｐとアライメントマーク２８ａ、２８ｂの間隔ｑとが一致していない場合は、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂとアライメントマーク２８ａ，２８ｂとが位置合わせ穴２７ａ，２７ｂを結ぶ中心線上で左右対称関係に位置決めされる。
【００３１】
こうして第１及び第２の電子部品２５，２６の位置合わせの微調整が終了すると、ステップＳ１０に進んで、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂとアライメントマーク２８ａ，２８ｂの中心位置ずれ量が規定値内にあるか否かが判定される。ここで、両者の位置ずれ量が規定値内にあれば位置合わせは終了する（ステップＳ１１）。また、両者の位置ずれ量が規定値内にない場合は、ステップＳ１〜Ｓ１０が繰り返されて位置合わせが行われる。
【００３２】
上述の処理手順に従って位置合わせが終了すると、図１に示す位置調整機構２２がゆっくりと下降し、第１の電子部品２５と第２の電子部品２６とが組立てられる。そして、受け台２１及びボンディングツール３２に備えた加熱部が加熱され、第２の電子部品２６の接合面に設けられたドライフィルムレジスト３２を介して第１の電子部品２５及び第２の電子部品２６が接合される。
【００３３】
このように本発明の電子部品位置合わせ方法によれば、アライメントマーク２８ａ，２８ｂを大小の２重円として形成しているので、第１の電子部品２５と第２の電子部品２６との予備位置決め段階において、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ内部にアライメントマーク２８ａ，２８ｂの小円Ｓの全体像を捕らえ易くなり、予備位置決め精度を緩和することができる。したがって、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ内部に捕らえられた上記小円Ｓを用いて位置補正量を計測し、アライメントマーク２８ａ，２８ｂを位置合わせ穴２７ａ，２７ｂに対して粗調整することによって、アライメントマーク２８ａ，２８ｂの大円Ｌの全体像を位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ内部に容易に引き込むことができる。これにより、この大円Ｌまたは大小双方の円Ｌ，Ｓを用いて位置合わせ穴２７ａ，２７ｂの中心に対しアライメントマーク２８ａ，２８ｂを位置合わせするための位置補正量を計測し、アライメントマーク２８ａ，２８ｂを位置合わせ穴２７ａ，２７ｂに対して微調整することによって第１及び第２の電子部品２５，２６を高精度に位置合わせすることができる。
【００３４】
また、アライメントマーク２８ａ，２８ｂを２重円に形成しているため、ゴミを小円Ｓと誤認した場合でも、小円Ｓの外周に大円Ｌが発見できないときはその誤認を訂正することができ、アライメントマークの認識精度を向上することができる。
【００３５】
なお、アライメントマーク２８ａ，２８ｂは、上述の２重円に限られず、三つ以上の円を同心円状に配置したものであってもよい。また、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ及びアライメントマーク２８ａ，２８ｂは、円形状に限られず、四角形状や三角形状等であってもかまわない。ただし、これらマーク手段は、その向きに関係なくマーク認識装置２３で撮影されるデジタル画像のエッジノイズが同じとなる点で円形状がより好ましい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１に係る発明によれば、、第１の電子部品の位置合わせ穴で、その内部に、相対して配置した第２の電子部品のアライメントマークにて、同心状に配置した大きさの異なる複数の位置合わせ標示部のうち、小さい位置合わせ標示部の全体像を捕らえ、該小さい位置合わせ標示部で第１及び第２の電子部品の位置合わせ粗調整をし、アライメントマークの大きい位置合わせ標示部の全体像が位置合わせ穴内部に捕られると、大きい位置合わせ標示部または大小双方の位置合わせ標示部で位置合わせ穴の中心に対しアライメントマークを位置合わせするための位置補正量を計測し、その位置補正量分だけ第２の電子部品を相対的に移動して第１及び第２の電子部品を微調整して位置合わせをすることができる。したがって、予備位置決め精度を緩和することができ、また第１及び第２の電子部品の位置合わせを高精度に行うことができる。
【００３７】
また、請求項２及び３に係る発明によれば、アライメントマークを円形状で同心状に形成しているので、アライメントマークの向きに関係なくマーク認識装置で撮影されるデジタル画像のエッジノイズは同じになり、画像認識精度が向上する。
【００３８】
そして、請求項４に係る発明によれば、第１の電子部品を画像形成装置のプリントヘッドのノズル部材とし、第２の電子部品を上記プリントヘッドのチップとすることにより、ノズル部材に形成した位置合わせ穴に対して、チップに形成したアライメントマークを位置合わせし、上記プリントヘッドを高精度に組立てることができる。
【００３９】
また、請求項５に係る発明によれば、基板上に回路を形成してチップが作製される際に、回路形成領域外にアライメントマークを形成することができる。したがって、半導体プロセスを用いてアライメントマークを高精度に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による電子部品位置合わせ方法の実施の形態を示す模式図である。
【図２】 第１の電子部品の位置合わせ穴と第２の電子部品のアライメントマークとの形成状態を示す平面図である。
【図３】 第２の電子部品のアライメントマークの形状を示す平面図である。
【図４】 アライメントマークの形成位置を説明するためのチップの概略断面図である。
【図５】 第１の電子部品の位置合わせ穴内に第２の電子部品のアライメントマークを導入した状態でマーク認識装置の同一視野内に捕らえて、該両者の位置計測を行う状態を示す断面説明図である。
【図６】 位置合わせ穴にアライメントマークを位置合わせする手順を説明するフローチャートである。
【図７】 図６の手順において、マーク認識装置で認識される位置合わせ穴及びアライメントマークの画像を示す説明図である。
【図８】 従来のボンディング装置の構成を示す側面図である。
【図９】 図８の正面図である。
【図１０】 従来のボンディング装置のマーク認識装置を示す説明図である。
【図１１】 従来のボンディング装置における基板及びチップ部材のアライメントマークの位置合わせずれの発生例を示す説明図である。
【符号の説明】
２１…受け台
２２…位置調整機構
２３…マーク認識装置
２５…第１の電子部品
２６…第２の電子部品
２７ａ，２７ｂ…位置合わせ穴
２８ａ，２８ｂ…アライメントマーク
３１ａ，３１ｂ…透視孔
４１…シリコン基板
Ｌ…大円
Ｓ…小円
【発明の属する技術分野】
本発明は、二つの電子部品に形成された位置合わせ用のマーク手段を利用して両電子部品を位置合わせする電子部品位置合わせ方法に関し、詳しくは、二つの電子部品の位置合わせ用のマーク手段をマーク認識装置の同一視野内に捕らえて該両者の位置計測を行うことによって、高精度な位置合わせを可能とする電子部品位置合わせ方法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、二つの電子部品を位置合わせして組立てるには、図８及び図９に示すようなボンディング装置を用いて行っていた。このボンディング装置は、架台１に立設された支持部材２の側面に設けられたガイド部３に沿って上下動可能に設けられ加圧ヘッド４を駆動するヘッド可動手段５と、該ヘッド可動手段５に固定され加圧ヘッド４に所定の荷重を付与する押圧手段６と、架台１上に上記加圧ヘッド４に対向して配設されたステージ７と、加圧ヘッド４とステージ７の間に挿入可能に設置されたマーク認識装置８とを備えて構成されていた。
【０００３】
なお、上記ステージ７はＸ軸駆動源１２、Ｙ軸駆動源１３及び図示省略のθ回転駆動源により、Ｘ方向、Ｙ方向に移動可能、及びθ方向に回転可能とされ、ヘッド可動手段５はＺ軸駆動源１４によってＺ方向に移動可能となっていた。また、マーク認識装置８は、図１０に示すように、カメラユニット８ａの中に２台のカメラ８ｂ，８ｃを撮影レンズの光軸が一致した状態で水平位置に並べて配置し、上記カメラ８ｂ，８ｃ間に両面が平行な反射面とされた両面反射ミラー８ｄを４５度傾けて配置して構成されていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このように構成された従来のボンディング装置により、板状またはシート状の基板９に対してチップ部材１０を位置合わせして組立てるには、先ず、ヘッド可動手段５及び加圧ヘッド４が最上部に上昇した状態において、ステージ７の載置部１１に基板９を載置し、加圧ヘッド４の下面にチップ部材１０が保持される。次に、マーク認識装置８が図９において矢印Ａ方向に進んで基板９とチップ部材１０との間に挿入される。これにより、上記マーク認識装置８で、下方に位置する基板９のアライメントマークと上方に位置するチップ部材１０のアライメントマークとを同時に認識できる状態になる。
【０００５】
次に、上述の状態でＺ軸駆動源１４を駆動してヘッド可動手段５を下降させ、チップ部材１０のアライメントマークがマーク認識装置８によって明瞭に認識できる位置で停止させる。このようにして、マーク認識装置８により基板９及びチップ部材１０の双方のアライメントマークが認識されると、図８及び図９に示す制御手段１５がＸ軸駆動源１２、Ｙ軸駆動源１３及び図示省略のθ回転駆動源を駆動してステージ７をＸ方向及びＹ方向に移動し、さらにθ方向に回転して、基板９及びチップ部材１０の双方のアライメントマークが一致するようにさせる。
【０００６】
このように、基板９及びチップ部材１０の双方のアライメントマークが一致して該基板９及びチップ部材１０の位置合わせが完了すると、マーク認識装置８は図９において矢印Ｂ方向に退避し、押圧手段６が動作して押圧軸６ａを延ばして加圧ヘッド４を押し下げ、チップ部材１０を基板９上に密着させて組立て接合していた。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−９４２３２号公報 （第４頁、図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のボンディング装置においては、基板９とチップ部材１０との位置合わせは、該両者間に挿入したマーク認識装置８により行われるため、基板９とチップ部材１０との間にはマーク認識装置８を挿入するのに十分な距離が必要となる。その結果、図１１に示すように、同図（ａ）において、基板９のアライメントマーク１６とチップ部材１０のアライメントマーク１７とを正確に位置合わせした場合であっても、その位置合わせ後に、同図（ｂ）において、基板９と密接するまでチップ部材１０を矢印Ｃ方向に下降させる移動距離が長くなるものであった。このため、チップ部材１０を下降させる機構精度に基づく移動誤差が生じて、図１１（ｂ）に示すように、基板９とチップ部材１０とのアライメントマーク１６，１７間にずれδが発生する場合があった。したがって、上記基板９とチップ部材１０とを、高精度に位置合わせできないことがあった。
【０００９】
また、図１０において、２台のカメラ８ｂ，８ｃの光軸の傾きや、両面反射ミラー８ｄの厚みによる２画像の認識誤差Δ等が存在するものであった。したがって、上記基板９とチップ部材１０とを、高精度に位置合わせできないことがあった。これらの誤差を全て補正して、例えば１μｍ以下の高精度な位置合わせを行うためには、精密な補正機構や複雑な機構制御が必要となり、装置が高価なものとなる虞があった。
【００１０】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、高精度な位置合わせを可能とする位置合わせ方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による位置合わせ方法は、一対の位置合わせ穴を所定位置に所定間隔だけ離して形成した第１の電子部品と、大きさの異なる複数の位置合わせ標示部を同心状に配置した多角形状のアライメントマークを前記位置合わせ穴に合致して形成した第２の電子部品とを相対して配置するステップと、前記位置合わせ穴内部に前記アライメントマークの小さい位置合わせ標示部の全体像を捕らえ、該小さい位置合わせ標示部を用いて前記アライメントマークの大きい位置合わせ標示部の全体像が前記位置合わせ穴内部に捕らえられるように第１及び第２の電子部品を粗調整するステップと、前記大きい位置合わせ標示部または大小双方の位置合わせ標示部により、前記位置合わせ穴の中心に対しアライメントマークを位置合わせするための位置補正量を計測するステップと、該位置補正量分だけ前記第２の電子部品を相対的に移動して前記第１及び第２の電子部品を微調整して位置合わせをするステップと、を実行するものである。
【００１２】
このような方法により、第１の電子部品の位置合わせ穴で、その内部に、相対して配置した第２の電子部品のアライメントマークにて、同心状に配置した大きさの異なる複数の位置合わせ標示部のうち、小さい位置合わせ標示部の全体像を捕らえ、該小さい位置合わせ標示部で第１及び第２の電子部品の位置合わせの粗調整をし、アライメントマークの大きい位置合わせ標示部の全体像が位置合わせ穴内部に捕られると、大きい位置合わせ標示部または大小双方の位置合わせ標示部で位置合わせ穴の中心に対しアライメントマークを位置合わせするための位置補正量を計測し、その位置補正量分だけ第２の電子部品を相対的に移動して第１及び第２の電子部品を微調整して位置合わせをする。これにより、第１及び第２の電子部品の位置合わせを高精度に行う。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による電子部品位置合わせ方法の実施の形態を示す模式図である。この電子部品位置合わせ方法は、二つの電子部品の位置合わせ用のマーク手段をマーク認識装置の同一視野内に捕らえて該両者の位置計測を行うことによって、高精度な位置合わせを可能とするもので、図１に示すように、一方の電子部品の受け台２１と、他方の電子部品の位置調整機構２２と、マーク認識装置２３とを備えた装置を使用して実施される。なお、符号２４は、二つの電子部品を接合するためのボンディングツールを示している。
【００１４】
図１において、先ず、第１の電子部品２５を受け台２１に保持すると共に、第２の電子部品２６を位置調整機構２２に保持する。ここで、上記第１の電子部品２５は、例えば、プリント基板やガラス基板等の基板であり、又はインクジェットプリンタ等の画像形成装置のプリントヘッドに用いられるノズル部材などであり、図２（ａ）に示すように、シート状の部材の所定位置に所定間隔ｐだけ離して二つの位置合わせ穴２７ａ，２７ｂが開けられている。また、上記第２の電子部品２６は、例えば、半導体ウェハから切り出した個々のチップであり、又はインクジェットプリンタ等の画像形成装置のプリントヘッドに用いられるＩＣなどであり（以下、単に「チップ」という）、図２（ｂ）に示すように、チップの所定位置に上記二つの位置合わせ穴２７ａ，２７ｂの間隔ｐに合致させた所定間隔ｑで二つのアライメントマーク２８ａ，２８ｂが形成されている。
【００１５】
なお、図２（ａ）において、上記位置合わせ穴２７ａ，２７ｂは、直径５０〜６０μｍ程度の円形穴とされている。また、符号２９は、第１の電子部品２５としての例えばノズル部材に穿設された直径約１７μｍ程度のノズルを示しており、このノズル２９は例えば４２μｍ程度のピッチで形成されている。また、図２（ｂ）において、上記アライメントマーク２８ａ，２８ｂは、図３に示すように外径の直径が３０μｍ程度で内径の直径が１５μｍ程度の大小二つの円を同心円状に配置して形成したものであり、例えば、アルミニウムの薄膜で形成した大円Ｌの中心部をエッチングして小円Ｓを形成したものである。ここで、大円Ｌは、大きさの異なる複数の位置合わせ標示部を同心状に配置した多角形状のアライメントマークのうち大きい位置合わせ標示部を示し、小円Ｓは、上記アライメントマークのうち小さい位置合わせ標示部を示す。また、図２中で符号３０は、第２の電子部品２６としての例えばプリントヘッド用のチップに形成された約２０μｍ四方のヒータを示しており、このヒータ３０は上記ノズル２９に相関する部位にノズル２９と同様に４２μｍ程度のピッチで形成されている。
【００１６】
上記アライメントマーク２８ａ，２８ｂは、具体的には、図４に示すように、シリコン基板４１上にＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型トランジスタ４２，４３と、１層目配線パターン４４と、ヒータ３０とを層間絶縁膜４５を介して順次積層して形成したチップの表層部に、電源用配線パターン４６、及びアース用配線パターン４７、並びにＭＯＳ型ドライバートランジスタ４３をヒータ３０に接続する配線パターン４８の２層目配線パターンを形成する際に、同時にトランジスタ等の回路形成領域外にアルミニウムの薄膜をエッチングして形成される。
【００１７】
上述のように、アライメントマーク２８ａ，２８ｂを大円Ｌと小円Ｓの２重円としたのは、次の理由によるものである。一般に、画像処理の分解能は、認識画像の周囲長に正の相関をもつ。従って、周囲長の長い大円Ｌの方が、位置合わせ精度が高くなる長所を有する。しかし、円形状が大きくなると、第１の電子部品２５と第２の電子部品２６とをそれぞれ所定位置に搭載した予備位置決め段階で、アライメントマーク２８ａ，２８ｂの大円Ｌの全体像が位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ内部に捕らえられる確立が低くなり、予備位置決めに要求される精度が厳しくなるという欠点を有する。一方、周囲長の短い小円Ｓは、画像処理の分解能が低く位置合わせ精度は低くなるが、円形状が小さいために予備位置決め段階で小円Ｓの全体像が位置合わせ穴２７ａ，２７ｂの内部に捕らえられる確立が高いという長所を有する。そこで、大円Ｌと小円Ｓそれぞれの長所を取り入れて２重円としたものである。
【００１８】
より具体的には、例えば、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂをφ６０μｍとし、アライメントマークがφ２０μｍの一つの円で形成されているとすると、上記予備位置決めに要求される精度は、上記位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ及びアライメントマークの中心間距離で±２０μｍ以内となる。そして、このときの画像処理精度は、各マーク手段の周囲長の平方根に比例するものと考えられ、上述の場合の画像処理精度比は、１３．７：７．９と予想される。一方、本発明におけるアライメントマーク２８ａ，２８ｂを大円Ｌがφ３０μｍ、小円Ｓがφ１５μｍの同心２重円とすると、予備位置決め精度は、上記アライメントマーク２８ａ，２８ｂの小円Ｓと位置合わせ穴２７ａ，２７ｂの中心間距離で±２２．５μｍ以内となり、上述のアライメントマークを一つの円で形成した場合に比べて緩和される。また、画像処理精度は、アライメントマーク２８ａ，２８ｂの大円Ｌと位置合わせ穴２７ａ，２７ｂとの周囲長の平方根の比で決まるため、その画像処理精度比は、１３．７：１１．９となり、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ及びアライメントマーク２８ａ，２８ｂの位置合わせ精度が大きく改善されることになる。
【００１９】
したがって、アライメントマーク２８ａ，２８ｂを２重円に形成することにより、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ内部にアライメントマーク２８ａ，２８ｂの小円Ｓの全体像を高い確立で捕らえることができる。また、この小円Ｓを用いて大円Ｌの全体像が位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ内部に捕らえられるように粗調整し、その結果、大円Ｌの全体画像が捕らえられた場合には、この大円Ｌまたは大小双方の円Ｌ，Ｓを用いて微調整をすることにより、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂに対するアライメントマーク２８ａ，２８ｂの位置合わせを高精度に行うことができる。
【００２０】
上記シート状部材の第１の電子部品２５は、例えばフレーム等に接着されており、図５に示すように、受け台２１に設けられたエア吸着孔（図示省略）によりエア吸着されて受け台２１の所定位置に保持されるようになっている。この場合、上記受け台２１にて第１の電子部品２５を載置保持する箇所には、該第１の電子部品２５の二つの位置合わせ穴２７ａ，２７ｂに対応させて二つの透視孔３１ａ，３１ｂが形成されている。この透視孔３１ａ，３１ｂは、上記位置合わせ穴２７ａ，２７ｂが十分に見えるように、例えば直径４００μｍ程度の円形穴とされている。また、上記受け台２１には、ヒータ等の加熱手段（図示省略）が内蔵されており、該受け台２１に接触する第１の電子部品２５の部分を加熱できるようになっている。
【００２１】
上記第２の電子部品２６は、ボンディングツール２４を介して位置調整機構２２の所定位置に保持される。この場合、図５において、ボンディングツール２４に設けられたエア吸着孔（図示省略）によりエア吸着されて保持されるようになっている。そして、上記ボンディングツール２４は位置調整機構２２と共にＺ方向に上下して、該ボンディングツール２４の下面側にチップ受渡しギャップｒを形成する。なお、上記ボンディングツール２４には、ヒータ等の加熱手段（図示省略）が内蔵されており、該ボンディングツール２４に接触する第２の電子部品２６を加熱できるようになっている。また、上記ボンディングツール２４に保持された第２の電子部品２６の下面側には、接着剤の役割を果たすドライフィルムレジスト３２が成膜されている。そして、このドライフィルムレジスト３２にて第２の電子部品２６の二つのアライメントマーク２８ａ，２８ｂに対応する箇所には、二つの透視孔３３ａ，３３ｂが形成されている。
【００２２】
上記ボンディングツール２４を介して第２の電子部品２６を保持する位置調整機構２２は、図１に示すように、第２の電子部品２６を水平面内でＸ方向移動及びＹ方向移動並びにθ回転させるようになっており、更にその全体が垂直面内でＺ方向に移動可能とされており、上記第１の電子部品２５と第２の電子部品２６とを接合できるようになっている。この場合、図５に示すように、受け台２１の上面と第２の電子部品２６の下面との間には、二つの電子部品を位置合わせするときのアライメントギャップｓ（例えば７０〜１３０μｍ程度）が設定される。
【００２３】
このような状態で、次に、上記第１の電子部品２５の位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ内に第２の電子部品２６のアライメントマーク２８ａ，２８ｂを導入した状態でマーク認識装置２３の同一視野内にとらえて該両者の位置計測を行う。ここで、上記マーク認識装置２３は、図５に示すように、第１の電子部品２５の二つの位置合わせ穴２７ａ，２７ｂの間隔に合わせて２台のカメラ２３ａ，２３ｂが備えられている。すなわち、上記カメラ２３ａ，２３ｂは、受け台２１に形成された二つの透視孔３１ａ，３１ｂの位置にそれぞれ対応させて設けられている。これらのカメラ２３ａ，２３ｂは、同軸落射付きの所定倍率（例えば約９倍）のレンズと、ビデオカメラ又は所定の画素密度（例えば１／４インチで４０万画素程度）のＣＣＤカメラから成る。なお、上記カメラ２３ａ，２３ｂは１台のカメラを二つの透視孔３１ａ，３１ｂ間を移動して交互に切り換えて撮影するようにしてもよい。
【００２４】
そして、上記カメラ２３ａ，２３ｂのレンズは、所定距離の焦点深度を有しており、上記第２の電子部品２６と第１の電子部品２５とは、それぞれの位置合わせ穴２７ａ，２７ｂとアライメントマーク２８ａ，２８ｂとが上記の焦点深度内に位置して保持されるようになっている。このことから、上記カメラ２３ａ，２３ｂを、矢印Ｄ，Ｅのように高さ調節して第１の電子部品２５に近づけた状態で、第２の電子部品２６のアライメントマーク２８ａ，２８ｂと第１の電子部品２５の位置合わせ穴２７ａ，２７ｂとを同時に撮影することができる。
【００２５】
こうして、マーク認識装置２３において、第１の電子部品２５の位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ及び第２の電子部品２６のアライメントマーク２８ａ，２８ｂの双方の画像が認識されると、図６に示す処理手順に従い位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ及びアライメントマーク２８ａ，２８ｂの位置合わせが行われる。
【００２６】
先ず、ステップＳ１においては、マーク認識装置２３により上記位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ及びアライメントマーク２８ａ，２８ｂの画像が取り込まれる。そして、ステップＳ２で、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ内部に、アライメントマーク２８ａ，２８ｂの小円Ｓがサーチされる。ここで、第２の電子部品２６の上記ボンディングツール２４に対する取り付け精度不良やアライメントマーク２８ａ，２８ｂの欠損等により位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ内部に小円Ｓの全体像が認識されない場合は、処理エラー（ステップＳ３）となり位置合わせの段階は終了する。そして、図１に示す位置調整機構２２は上昇し、図５に示すようにボンディングツール２４の下面側にチップ受渡しギャップｒを形成して新しい第２の電子部品２６と交換される。なお、ステップＳ２において、小円Ｓのサーチは上述のような自動サーチではなく、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ内部に小円Ｓの画像を目視観察しながら手動で行ってもよい。
【００２７】
一方、ステップＳ２で、図７（ａ）に示すように、小円Ｓの全体像が認識された場合には、ステップＳ４に進んで、該小円Ｓの画像に基づいて位置合わせ穴２７ａ，２７ｂの中心位置に対する小円Ｓの位置補正量が計測される。そして、図１に示す位置調整機構２２の駆動によって、第２の電子部品２６がＸ方向、Ｙ方向に移動されまたはθ回転され、アライメントマーク２８ａ，２８ｂの小円Ｓが位置合わせ穴２７ａ，２７ｂの中心Ｏに向けて、矢印Ａ方向に引き込まれる（図７（ａ）参照）。これにより、第１及び第２の電子部品２５，２６が粗調整される（図７（ｂ）参照）。
【００２８】
次に、ステップＳ５においてアライメントマーク２８ａ，２８ｂの大円Ｌがサーチされる。ここで、大円Ｌの全体像が認識できなかった場合、例えば、ステップＳ２で認識された小円Ｓの画像がゴミを誤認したものであった場合や、アライメントマーク２８ａ，２８ｂの形成誤差で大円Ｌと小円Ｓの中心位置がずれているために、ステップＳ４における小円Ｓの引き込み操作にも係わらず大円Ｌの一部が位置合わせ穴２７ａ，２７ｂの影に隠れて欠けており円と認識されなかった場合、またはシステムノイズ等により大円Ｌを円と認識できなかった場合には処理エラー（ステップＳ６）となり、位置合わせの段階は終了する。そして、図１に示す位置調整機構２２は上昇し、図５に示すようにボンディングツール２４の下面側にチップ受渡しギャップｒを形成して新しい第２の電子部品２６と交換される。
【００２９】
また、ステップＳ５において、図７（ｂ）に示すように、アライメントマーク２８ａ，２８ｂの大円Ｌの全体像が認識された場合には、ステップＳ７に進んで、認識されたアライメントマーク２８ａ，２８ｂは２重円を構成しているか否かが判断される。ここで、２重円の判断は、大円Ｌと小円Ｓの中心が略一致し同心円を形成しているか否かを基準に行われる。ステップＳ７で２重円でないと判断された場合、即ち、上述したように、アライメントマーク２８ａ，２８ｂの形成誤差により大円Ｌと小円Ｓの中心位置がずれている場合には処理エラー（ステップＳ８）となり、位置合わせの段階は終了し、前述と同様にして新しい第２の電子部品２６と交換される。
【００３０】
一方、ステップＳ７で、画像認識されたアライメントマーク２８ａ，２８ｂが２重円であると判断された場合は、ステップＳ９に進んで、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂとアライメントマーク２８ａ，２８ｂの中心間距離を計測して位置補正量が求められる。例えば、この位置補正量は、アライメントマーク２８ａ，２８ｂの大円Ｌに基づいて計測されたものや、または大円Ｌ及び小円Ｓに基づくそれぞれの補正量の平均値、あるいは大円Ｌ及び小円Ｓの大きさを按分しその割合に応じて重み付けして得られた補正量である。位置補正量が計測されると、上記位置調整機構２２の駆動によって、第２の電子部品２６がＸ方向、Ｙ方向に移動されまたはθ回転され、アライメントマーク２８ａ，２８ｂが位置合わせ穴２７ａ，２７ｂの中心Ｏに向けて、矢印Ｂ方向に引き込まれる（図７（ｂ）参照）。これにより、第１及び第２の電子部品２５，２６が微調整され、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂとアライメントマーク２８ａ，２８ｂとの中心位置が一致するように位置合わせがされる（図７（ｃ）参照）。なお、各マーク手段の形成誤差や二つの電子部品の熱膨張の差等により、図２に示す位置合わせ穴２７ａ，２７ｂの間隔ｐとアライメントマーク２８ａ、２８ｂの間隔ｑとが一致していない場合は、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂとアライメントマーク２８ａ，２８ｂとが位置合わせ穴２７ａ，２７ｂを結ぶ中心線上で左右対称関係に位置決めされる。
【００３１】
こうして第１及び第２の電子部品２５，２６の位置合わせの微調整が終了すると、ステップＳ１０に進んで、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂとアライメントマーク２８ａ，２８ｂの中心位置ずれ量が規定値内にあるか否かが判定される。ここで、両者の位置ずれ量が規定値内にあれば位置合わせは終了する（ステップＳ１１）。また、両者の位置ずれ量が規定値内にない場合は、ステップＳ１〜Ｓ１０が繰り返されて位置合わせが行われる。
【００３２】
上述の処理手順に従って位置合わせが終了すると、図１に示す位置調整機構２２がゆっくりと下降し、第１の電子部品２５と第２の電子部品２６とが組立てられる。そして、受け台２１及びボンディングツール３２に備えた加熱部が加熱され、第２の電子部品２６の接合面に設けられたドライフィルムレジスト３２を介して第１の電子部品２５及び第２の電子部品２６が接合される。
【００３３】
このように本発明の電子部品位置合わせ方法によれば、アライメントマーク２８ａ，２８ｂを大小の２重円として形成しているので、第１の電子部品２５と第２の電子部品２６との予備位置決め段階において、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ内部にアライメントマーク２８ａ，２８ｂの小円Ｓの全体像を捕らえ易くなり、予備位置決め精度を緩和することができる。したがって、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ内部に捕らえられた上記小円Ｓを用いて位置補正量を計測し、アライメントマーク２８ａ，２８ｂを位置合わせ穴２７ａ，２７ｂに対して粗調整することによって、アライメントマーク２８ａ，２８ｂの大円Ｌの全体像を位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ内部に容易に引き込むことができる。これにより、この大円Ｌまたは大小双方の円Ｌ，Ｓを用いて位置合わせ穴２７ａ，２７ｂの中心に対しアライメントマーク２８ａ，２８ｂを位置合わせするための位置補正量を計測し、アライメントマーク２８ａ，２８ｂを位置合わせ穴２７ａ，２７ｂに対して微調整することによって第１及び第２の電子部品２５，２６を高精度に位置合わせすることができる。
【００３４】
また、アライメントマーク２８ａ，２８ｂを２重円に形成しているため、ゴミを小円Ｓと誤認した場合でも、小円Ｓの外周に大円Ｌが発見できないときはその誤認を訂正することができ、アライメントマークの認識精度を向上することができる。
【００３５】
なお、アライメントマーク２８ａ，２８ｂは、上述の２重円に限られず、三つ以上の円を同心円状に配置したものであってもよい。また、位置合わせ穴２７ａ，２７ｂ及びアライメントマーク２８ａ，２８ｂは、円形状に限られず、四角形状や三角形状等であってもかまわない。ただし、これらマーク手段は、その向きに関係なくマーク認識装置２３で撮影されるデジタル画像のエッジノイズが同じとなる点で円形状がより好ましい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１に係る発明によれば、、第１の電子部品の位置合わせ穴で、その内部に、相対して配置した第２の電子部品のアライメントマークにて、同心状に配置した大きさの異なる複数の位置合わせ標示部のうち、小さい位置合わせ標示部の全体像を捕らえ、該小さい位置合わせ標示部で第１及び第２の電子部品の位置合わせ粗調整をし、アライメントマークの大きい位置合わせ標示部の全体像が位置合わせ穴内部に捕られると、大きい位置合わせ標示部または大小双方の位置合わせ標示部で位置合わせ穴の中心に対しアライメントマークを位置合わせするための位置補正量を計測し、その位置補正量分だけ第２の電子部品を相対的に移動して第１及び第２の電子部品を微調整して位置合わせをすることができる。したがって、予備位置決め精度を緩和することができ、また第１及び第２の電子部品の位置合わせを高精度に行うことができる。
【００３７】
また、請求項２及び３に係る発明によれば、アライメントマークを円形状で同心状に形成しているので、アライメントマークの向きに関係なくマーク認識装置で撮影されるデジタル画像のエッジノイズは同じになり、画像認識精度が向上する。
【００３８】
そして、請求項４に係る発明によれば、第１の電子部品を画像形成装置のプリントヘッドのノズル部材とし、第２の電子部品を上記プリントヘッドのチップとすることにより、ノズル部材に形成した位置合わせ穴に対して、チップに形成したアライメントマークを位置合わせし、上記プリントヘッドを高精度に組立てることができる。
【００３９】
また、請求項５に係る発明によれば、基板上に回路を形成してチップが作製される際に、回路形成領域外にアライメントマークを形成することができる。したがって、半導体プロセスを用いてアライメントマークを高精度に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による電子部品位置合わせ方法の実施の形態を示す模式図である。
【図２】 第１の電子部品の位置合わせ穴と第２の電子部品のアライメントマークとの形成状態を示す平面図である。
【図３】 第２の電子部品のアライメントマークの形状を示す平面図である。
【図４】 アライメントマークの形成位置を説明するためのチップの概略断面図である。
【図５】 第１の電子部品の位置合わせ穴内に第２の電子部品のアライメントマークを導入した状態でマーク認識装置の同一視野内に捕らえて、該両者の位置計測を行う状態を示す断面説明図である。
【図６】 位置合わせ穴にアライメントマークを位置合わせする手順を説明するフローチャートである。
【図７】 図６の手順において、マーク認識装置で認識される位置合わせ穴及びアライメントマークの画像を示す説明図である。
【図８】 従来のボンディング装置の構成を示す側面図である。
【図９】 図８の正面図である。
【図１０】 従来のボンディング装置のマーク認識装置を示す説明図である。
【図１１】 従来のボンディング装置における基板及びチップ部材のアライメントマークの位置合わせずれの発生例を示す説明図である。
【符号の説明】
２１…受け台
２２…位置調整機構
２３…マーク認識装置
２５…第１の電子部品
２６…第２の電子部品
２７ａ，２７ｂ…位置合わせ穴
２８ａ，２８ｂ…アライメントマーク
３１ａ，３１ｂ…透視孔
４１…シリコン基板
Ｌ…大円
Ｓ…小円
Claims (5)
- 一対の位置合わせ穴を所定位置に所定間隔だけ離して形成した第１の電子部品と、大きさの異なる複数の位置合わせ標示部を同心状に配置した多角形状のアライメントマークを前記位置合わせ穴に合致して形成した第２の電子部品とを相対して配置するステップと、
前記位置合わせ穴内部に前記アライメントマークの小さい位置合わせ標示部の全体像を捕らえ、該小さい位置合わせ標示部を用いて前記アライメントマークの大きい位置合わせ標示部の全体像が前記位置合わせ穴内部に捕らえられるように第１及び第２の電子部品を粗調整するステップと、
前記大きい位置合わせ標示部または大小双方の位置合わせ標示部により、前記位置合わせ穴の中心に対しアライメントマークを位置合わせするための位置補正量を計測するステップと、
該位置補正量分だけ前記第２の電子部品を相対的に移動して前記第１及び第２の電子部品を微調整して位置合わせをするステップと、
を実行することを特徴とする電子部品位置合わせ方法。 - 前記アライメントマークは、大きさの異なる複数の円を同心円状に配置して形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の電子部品位置合わせ方法。
- 前記アライメントマークは、２重円であることを特徴とする請求項２記載の電子部品位置合わせ方法。
- 前記第１の電子部品は、画像形成装置のプリントヘッドのノズル部材であり、前記第２の電子部品は、前記プリントヘッドのチップであることを特徴とする請求項１記載の電子部品位置合わせ方法。
- 前記チップは、基板上に回路を形成して作製される際に、該回路形成領域外に前記アライメントマークを形成したものであることを特徴とする請求項４記載の電子部品位置合わせ方法。
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