JP4521496B2 - マウント精度測定方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はマウント精度測定方法に係り、とくにマウントヘッドあるいは吸着ヘッドによってワークまたは基板の所定の位置に部品をマウントするマウント装置のマウント精度測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体のベアチップを回路基板上に自動的にマウントするために、フリップチップボンダが用いられる。フリップチップボンダはチップ反転アームの先端部の吸着ヘッドによってトレー上の半導体チップを吸着し、この後に上記アームが180度反転して半導体ベアチップの表裏を逆転させる。このような状態で吸着ヘッドによって半導体チップを吸着するとともに、X−Yテーブルによって位置決めされた回路基板上の所定の位置に半導体チップを吸着ヘッドによってマウントするようにしている。
【0003】
フリップチップボンダは、搭載精度が重要視される。装置の搭載精度を測定するために、ガラスエポキシ基板にベアチップを搭載して搭載精度を測定するようにした場合には、X線を用いて測定しなければならない。これは半導体ベアチップが不透明であるために、このようなベアチップを透過するX線を用いることになるからであって、これによって装置が大掛りになる。またガラスエポキシ基板やチップの材料によっては、搭載精度がばらつくために、装置自体の搭載精度を測定することができないという問題がある。
【0004】
そこでフリップチップボンダの搭載精度を測定するために、搭載精度の測定のためのゲージが付いているガラス基板とガラスチップとを用意し、ガラスチップをガラス基板上に搭載することによって、ガラス基板のゲージで搭載精度を測定している。このような方法は、チップがガラスでできているために、X線を用いることなく顕微鏡によって搭載精度を測定することが可能になる。またガラスでできているために、材質によるばらつきが少ないという利点がある。このような理由によって、従来はフリップチップボンダでガラス基板にガラスチップを搭載した後に、顕微鏡によって目視観察によって搭載精度を測定していた。
【0005】
特開平6−177595号公報には、実際の電子部品を使用して装着位置ずれを測定するのではなくて、リードパターンが記録された透光性平板を実装機で、ランドパターンが記録されたガラス平板の上に実装して、リードパターンとランドパターンの位置ずれを測定して実装機の装着精度を求めるようにした装着精度測定方法が開示されている。このような方法によって、電子部品のリードの曲りによる影響を受けることなく、実装機の装着精度を測定するようにしたものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来のこのような方法は、フリップチップボンダによってガラス基板上にガラスチップを搭載した後に、顕微鏡を用いて測定しなければならなかった。すなわち人の目で見て測定を行なっているために、測定者の感情が入り、測定データの信頼性に劣る問題がある。また搭載精度測定に時間がかかっていた。さらにはこのような測定は、人の作業によるものであるために、自動化ができないという問題があった。
【0007】
特開平6−177595号公報に係る装着精度測定方法は、電子部品のリードの曲りによる影響を受けることはなくなるものの、工具顕微鏡を用いて人が目視で精度の測定を行なうために、上述の測定の場合と同様に測定者の感情が入り、測定データに個人差を生ずる問題がある。また精度測定に時間がかかるばかりでなく、自動化ができず、従来の問題点を解消できない。
【0008】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、人手による測定を行なうことなく、自動的にしかも短時間でマウント精度の測定が行ない得るようにしたマウント精度測定方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本願の一発明は、画像認識可能な一対の基準マークが形成された精度測定基板上に、画像認識可能な一対の対照マークが形成された透明または半透明の精度測定部品を、前記一対の基準マークを結ぶ線分と前記一対の対照マークを結ぶ線分とが交差するように搭載する工程と、
前記一対の基準マークと前記一対の対照マークとを画像認識手段により画像認識する工程と、
前記画像認識工程による認識結果を用い、前記一対の基準マークを結ぶ線分の中点と前記一対の対照マークを結ぶ線分の中点との相対的な位置関係に基づいてX軸方向およびY軸方向のマウント精度を測定することを特徴とするマウント精度測定方法に関するものである。
【0010】
本願の別の発明は、画像認識可能な一対の基準マークが形成された精度測定基板上に、画像認識可能な一対の対照マークが形成された透明または半透明の精度測定部品を、前記一対の基準マークを結ぶ線分と前記一対の対照マークを結ぶ線分とが交差するように搭載する工程と、
前記一対の基準マークと前記一対の対照マークとを画像認識手段により画像認識する工程と、
前記画像認識工程による認識結果を用い、前記一対の基準マークを結ぶ線分と前記一対の対照マークを結ぶ線分とのなす角度に基づいて回転方向のマウント精度を測定することを特徴とするマウント精度測定方法に関するものである。
【0011】
ここで、前記精度測定基板がガラス基板であってよい。また前記精度測定部品がチップ状をなすガラス板であってよい。
【0013】
本願の好ましい態様において適用される装置は、半導体ベアチップを回路基板上に位置合わせし、上記ベアチップの電極を回路基板上の配線パターンに電気的に接続するためのフリップチップボンダから成るボンディング装置である。このボンディング装置は半導体ベアチップを吸着する吸着機構を備えている。この吸着機構は例えば吸着ヘッドから成り、ボンディングを行なうためのツール装置を構成している。また回路基板を固定するテーブル装置を備えている。そして上記ツール装置とテーブル装置との間に出入り可能であって、半導体チップを認識するカメラと基板を認識するカメラとを備えている。さらに上記ツール装置と上記テーブル装置と上記カメラ装置とを制御するための制御装置を備えている。
【0014】
このような装置は、半導体ウエハを分割したパッケージ前のIC、すなわちベアチップを搭載するための装置である。そしてフリップチップボンダは上記半導体ベアチップを反転することによってこのチップの電極を回路基板のパターンに直接接続するようにした装置である。この装置は半導体チップの位置合わせおよび搭載機能と、搭載された半導体チップを加熱および加圧する機構とを備えている。そしてこのような装置における上記半導体ベアチップの搭載精度の測定に本願の発明が適用される。
【0015】
このようなフリップチップボンダにおける搭載精度の測定のための装置によれば、ガラスチップを精度測定部品として用いた搭載精度の測定であるために、別途顕微鏡を用いる必要がなくなる。また搭載精度の測定を単一または複数のカメラから成るカメラユニットを利用して画像処理で行なうようにしているために、顕微鏡を用いて画像処理を行なう場合よりも客観的な測定を行なうことができ、信頼性のある測定データが得られる。
【0016】
また上述のガラスチップを精度測定基板を構成するガラス基板上に搭載した後に、測定のための顕微鏡の位置まで搬送する必要がなく、搭載したその位置で搭載精度を測定できるために、搬送途中でガラスチップがガラス基板に対して位置ずれを起すことがなく、信頼性のある測定データが得られる。またカメラユニットによって画像認識し、画像処理することによって搭載精度を測定するようにしているために、測定が自動化されるとともに、精度の測定時間が短縮される。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1〜図3は本発明の一実施の形態に係る精度測定装置を備えるフリップチップボンダを示している。この装置は架台10を備えるとともに、架台10の上面にベース11が配されている。そしてベース11の上面であってその右側にはY軸ステージ12が配されており、このY軸ステージ12をY軸モータ13によってY軸方向に移動調整するようにしている。Y軸ステージ12上には半導体ベアチップを収納したチップ収納トレー14が搭載される。
【0018】
上記チップ収納トレー14を備えるY軸ステージ12の左方にはガイド18が横方向、すなわちX軸方向に延びるように配されており、このガイド18上にX軸ステージ19が載置される。X軸ステージ19はX軸モータ20によってX軸方向に移動可能になっている。そしてX軸ステージ19上にチップ反転シリンダ21が取付けられている。チップ反転シリンダ21はアーム22を備えるとともに、アーム22の先端部に吸着ヘッド23が取付けられている。
【0019】
上記X軸ステージ19の左側であって背面側において、ベース11上にはフレーム27が直立して取付けられている。フレーム27の前面側には一対のZ軸リニアガイド28が配されており、これら一対のZ軸リニアガイド28によってツール制御ユニット29が昇降自在に支持されている。そしてツール制御ユニット29はZ軸モータ30によってZ軸リニアガイド28に沿って上下方向に移動可能になっている。ツール制御ユニット29の下端側には下方に突出するようにツール回転軸31が突設されており、このツール回転軸31にあおり機構32が取付けられている。そしてあおり機構32の先端側に吸着ヘッド33が取付けられている。
【0020】
上記フレーム27の左側側部にはカメラ取付けアーム37が固着されている。カメラ取付けアーム37にはZ軸ステージ38が支持されている。そしてZ軸ステージ38はZ軸モータ39によって上下方向に移動可能になっている。またZ軸ステージ38によってカメラユニット40が移動可能に取付けられている。
【0021】
フレーム27の前方にはX−Yステージ44が配されている。X−Yステージ44はX軸モータ45とY軸モータ46とによってX軸方向およびY軸方向にそれぞれ移動調整自在になっている。そしてX−Yステージ44上にワークを構成する基板47が搭載されるようになっている。
【0022】
上記カメラ取付けアーム37には図4〜図6に示す一対のカメラ51、52が並置して取付けられている。これらのカメラ51、52の先端側にはそれぞれミラー53、54が斜めに配されている。またミラー53、54の中間位置には両面ミラー55が配されている。両面ミラー55の上方には上方透明窓56が、ミラー55の下方には下方透明窓57がそれぞれ形成されている。
【0023】
図7はこのようなフリップチップボンダの制御系を示すブロック図であって、ボンダ本体は制御装置を介して制御される。また制御装置には操作パネルとカメラユニットとモニタとが接続されるようになっている。ここで操作パネルは制御装置に対して動作モード指令と、ベアチップの圧着条件と、各種のデータとを供給する。これに対して制御装置から操作パネルに対してはデータおよび状態表示のための情報が供給される。カメラユニットは制御装置に対して画像情報を供給する。この画像情報は制御装置によって画像処理される。また制御装置から画像処理結果がモニタに供給され、その表示パネルによって表示が行なわれる。
【0024】
制御装置はボンダ本体に対して動作指令を行なうとともに、ベアチップの加熱電力を供給する。またボンダ本体からはセンサおよびエンコーダの出力信号が位置情報として与えられる。さらに搭載するベアチップの温度および圧力に関するデータが制御装置に供給される。
【0025】
このように本実施の形態のフリップチップボンダは図1〜図3に示すように、架台10上のベース11に、フレーム27、回路基板用X−Yステージ44、チップ反転用X軸ステージ19、収納トレー用Y軸ステージ12をそれぞれ取付けるようにしている。
【0026】
フレーム27にはZ軸リニアガイド28を介してツール制御ユニット29を取付けている。ツール制御ユニット29はツール回転軸31をベース11に垂直に取付けるようにし、その先端部にあおり機構32を連結している。そしてツール制御ユニット29の下側に位置する基板用X−Yステージ44上には所定の位置に回路基板47を保持するガイド(図示せず)を取付けるようにしている。
【0027】
またチップ反転用X軸ステージ19上には、チップ反転シリンダ21を固定している。チップ反転シリンダ21にはチップ反転アーム22が取付けられる。収納トレー用Y軸ステージ12にはチップ収納トレー14を所定の位置に保持するガイド(図示せず)設けるようにしている。さらに本フリップチップボンダにおいては、図7に示すような制御装置および操作パネルを備えている。
【0028】
ツール制御ユニット29の下方に移動可能に取付けられるチップ認識カメラ51と基板認識カメラ52とは図4に示すように、同一の方向を向くように平行に並べて取付けられる。チップ認識カメラ51はミラー53によってその光軸が90度反射され、さらに両面ミラー55によって90度反射されることによって、上方透明窓56を通して上方を見るようになっている。これに対して基板認識カメラ52はミラー54によって90度反射され、さらに両面ミラー55によって90度反射されることによって、下方透明窓57を通して下方を見るように取付けられている。
【0029】
次にこのようなフリップチップボンダの全体の動作について図8および図9を参照して説明する。ワークを構成する回路基板47はX−Yステージ44の上面に固定され、X軸モータ45およびY軸モータ46によってX軸方向およびY軸方向に移動調整される。一方チップ収納トレー14はY軸ステージ12の上面に固定され、Y軸モータ13によってY軸方向に移動可能になっている。
【0030】
チップ反転用のX軸ステージ19上のチップ反転シリンダ21に取付けられているアーム22は反転シリンダ21によって図8Aおよび図8Bに示すように180度反転可能に構成され、しかもX軸モータ20によってX軸方向に移動可能になっている。
【0031】
チップ反転シリンダ21のアーム22の先端部に吸着ヘッド23が取付けられており、この吸着ヘッド23によって図8Aに示すようにトレー14上の任意のチップ60を吸着し、この後に図8Bに示すようにチップ反転シリンダ21が180度反転する。従ってこのような状態でツール制御ユニット29の先端の吸着ヘッド33が下降すると、チップ60は吸着ヘッド33に図8Cに示すように受渡される。ボンディングツール33はツール制御ユニット29によって回路基板47の垂直軸に対して回転可能に構成されており、Z軸モータ30によって垂直方向の動作およびチップ加圧動作を行なうようになっている。吸着ヘッド33によって吸着されるチップ60はあおり機構32によって回路基板47の上面と平行になるようにその姿勢が制御される。
【0032】
基板認識カメラ52は図6に示すようにX−Yステージ44上の基板47のチップ搭載位置を認識する。一方チップ認識カメラ51は吸着ヘッド33によって吸着されたベアチップ60の位置を認識する。X−Yステージ44の平面動作と吸着ヘッド33の上下方向の動作および回転動作によって、ベアチップ60を回路基板47の任意の位置に搭載する。なお図1においてX−Yステージ44はツール制御ユニット29に対して前方にずれているが、実際にはツール制御ユニット29のほぼ下側にX−Yステージ44が配されており、しかもX−Yステージ44のX軸方向およびY軸方向の移動調整によって、回路基板47上の任意の位置にチップ60が搭載される。
【0033】
次にこのようなフリップチップボンダにおけるマウント精度の測定方法について説明する。図10に示すように精度測定用のガラス基板61と図11に示すような精度測定用ガラスチップ60とを用意する。これらには画像認識が行なわれるような精度測定用のマークを予め描いておく。ガラス基板61には図10に示すように、ガラスチップ60に対応して複数の区画に線で区切るとともに、それらの正方形の区画内に対角状に一対のドット62を形成して画像認識マークとする。なお一対のドット62が基準マークとなる。これに対してガラスチップ60には図11に示すように一対のドット63を対角状に搭載しておく。これらのドット63が対照マークとなる。
【0034】
図12はこのようなガラスチップ60の一対のドット63の配置を拡大して示したものである。このようなガラスチップ60の画像認識を行なう際に、ドット63間を結ぶ線分を用いるようにし、この線分の中点Oを用いて搭載精度の測定を行なうようにしている。
【0035】
上記ガラス基板61をX−Yステージ44によって回路基板47の搭載位置にセットする。これに対してガラスチップ60をチップ収納トレー14によって供給し、チップ反転シリンダ21のアーム22の先端部に取付けられている吸着ヘッド23によって吸着し、反転した後にツール制御ユニット29の吸着ヘッド33に受渡し、この吸着ヘッド33によってX−Yステージ44上のガラス基板61上の所定の位置にマウントする。図13はこのときのチップ反転シリンダ21によるガラスチップ60の反転動作を示している。また図14はガラス基板61上にガラスチップ60を搭載した状態を示している。
【0036】
このような状態において、カメラ取付けアーム37上のZ軸ステージ38によってフォーカスを合わせて基板認識カメラ52によってガラスチップ60を通してガラス基板61に形成されているドット62とガラスチップ60に形成されているドット63の画像を取込む。そしてこれらのドット62、63の画像から画像認識を行なう。
【0037】
ガラスチップ60が反転されると図14に示すように、ガラス基板61上のドット62に対してガラスチップ60のドット62が逆方向の対角位置に配されることになる。従ってガラス基板61の一対のドット62間の線分とガラスチップ60の一対のドット63間の線分とが図16および図17に示すようにほぼ直角に交差することになる。そして図16に示すようにガラス基板61上に描かれている一対のドット62の中点Aとガラスチップ60上に描かれている一対のドット63の中点Bとのずれから、X軸方向あるいはY軸方向の位置ずれが検出される。また図17に示すようにドット62を結ぶ線分とドット63を結ぶ線分とのなす角度θによってZ軸を中心とする角度ずれを検出することが可能になる。
【0038】
このようなマウント精度測定装置によれば、通常の半導体ベアチップの搭載直後にこの装置の測定精度を測定することが可能になるばかりでなく、既に搭載したものをも測定できるように搭載精度を測定する機能だけても行なうことが可能になる。またこのようなマウント精度の測定は、上述の場合にガラス基板61上にガラスチップ60を搭載して行なうようにしているが、必ずしも基板61側は透明である必要がなく、ガラスエポキシ基板に所定の基準マークを形成して測定を行なうことができる。すなわちカメラ52によって上方から画像認識する際にガラスチップ61のみが画像を透過すればよく、従って搭載されるチップ60を透明または半透明にしておくだけでよい。
【0039】
次に図18および図19によって画像認識のためのカメラユニット40の変形例を説明する。ここでは一対のカメラ51、52を互いに対向するように配するとともに、それらの中間位置に両面ミラー55を配するようにし、この両面ミラー55によって一方のカメラ51が上方のチップ60の認識を行ない、他方のカメラ52が下方の回路基板47の認識を行なうようにしている。
【0040】
図20および図21はさらに別の実施の形態のカメラユニット40を示している。ここでは一対のカメラ51、52がそれぞれ上向きおよび下向きになるように配されており、ミラーを全く用いない機構になっている。上側のカメラ51は上方透明窓56を通して上方のチップ60を直接画像認識し、これに対して下方のカメラ52は下方透明窓57を通して下方の回路基板47を直接認識するようにしている。
【0041】
図22〜図24はさらに別の実施の形態のカメラユニット40を示している。ここでは単一のカメラ51が用いられており、このカメラ51を回転させることによって図23に示すように上向きの姿勢と図24に示す下向きの姿勢とをとり得るようにしている。従って単一のカメラ51によってチップ60の画像認識と回路基板47の画像認識とを行なうことが可能になる。
【0042】
図25〜図27はさらに別の実施の形態のカメラユニット40を示している。ここでは単一のカメラ51が用いられており、しかもその姿勢は固定されている。そしてカメラの前方に両面ミラー55が配され、このミラー55を回転させることによって、図26に示すように下方の基板47の画像認識と、図27に示すように上方のチップ60の画像認識とを行ない得るようにしている。このような実施の形態によれば、カメラユニット40の機構をより簡潔にすることが可能になる。
【0045】
【発明の効果】
本願発明は、画像認識可能な一対の基準マークが形成された精度測定基板上に、画像認識可能な一対の対照マークが形成された透明または半透明の精度測定部品を、一対の基準マークを結ぶ線分と一対の対照マークを結ぶ線分とが交差するように搭載する工程と、一対の基準マークと一対の対照マークとを画像認識手段により画像認識する工程と、画像認識工程による認識結果を用い、一対の基準マークを結ぶ線分の中点と一対の対照マークを結ぶ線分の中点との相対的な位置関係に基づいてX軸方向およびY軸方向のマウント精度を測定し、あるいは一対の基準マークを結ぶ線分と一対の対照マークを結ぶ線分とのなす角度に基づいて回転方向のマウント精度を測定するようにしたものである。
【0046】
従ってこのようなマウント精度測定方法によれば、精度測定基板の基準マークと精度測定部品の対照マークとを用いて画像認識手段によって自動的に精度測定部品の精度測定ワークに対する画像認識が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】フリップチップボンダの全体の平面図である。
【図2】同フリップチップボンダの正面図である。
【図3】同フリップチップボンダの右側面図である。
【図4】画像認識用のカメラユニットの平面図である。
【図5】同カメラユニットの縦断面図である。
【図6】同カメラユニットの側断面図である。
【図7】フリップチップボンダの制御システムを示すブロック図である。
【図8】フリップチップボンダによるベアチップの搭載の動作を示す要部拡大正面図である。
【図9】同動作を示すフローチャートである。
【図10】精度測定用ガラス基板の平面図である。
【図11】精度測定用ガラスチップの平面図である。
【図12】同ガラスチップの拡大平面図である。
【図13】ガラスチップの反転を示す平面図である。
【図14】ガラスチップが搭載されたガラス基板の平面図である。
【図15】同要部拡大断面図である。
【図16】X軸方向およびY軸方向の位置ずれを示す拡大平面図である。
【図17】回転方向のずれを示す拡大平面図である。
【図18】別の実施の形態のカメラユニットの平面図である。
【図19】同カメラユニットの縦断面図である。
【図20】別の実施の形態のカメラユニットの平面図である。
【図21】同カメラユニットの縦断面図である。
【図22】別の実施の形態のカメラユニットの平面図である。
【図23】同カメラユニットの縦断面図である。
【図24】カメラを下向きにした状態の縦断面図である。
【図25】さらに別の実施の形態のカメラユニットの平面図である。
【図26】同カメラユニットの縦断面図である。
【図27】ミラーを逆転させた状態の縦断面図である。
【符号の説明】
10‥‥架台、11‥‥ベース、12‥‥Y軸ステージ、13‥‥Y軸モータ、14‥‥チップ収納トレー、18‥‥ガイド、19‥‥X軸ステージ、20‥‥X軸モータ、21‥‥チップ反転シリンダ、22‥‥アーム、23‥‥吸着ヘッド、27‥‥フレーム、28‥‥Z軸リニアガイド、29‥‥ツール制御ユニット、30‥‥Z軸モータ、31‥‥ツール回転軸、32‥‥あおり機構、33‥‥吸着ヘッド、37‥‥カメラ取付けアーム、38‥‥Z軸ステージ、39‥‥Z軸モータ、40‥‥カメラユニット、44‥‥X−Yステージ、45‥‥X軸モータ、46‥‥Y軸モータ、47‥‥基板(ワーク)、51、52‥‥カメラ、53〜55‥‥ミラー、56‥‥上方透明窓、57‥‥下方透明窓、60‥‥ガラスチップ、61‥‥ガラス基板、62‥‥ドット、63‥‥ドット

Claims (4)

  1. 画像認識可能な一対の基準マークが形成された精度測定基板上に、画像認識可能な一対の対照マークが形成された透明または半透明の精度測定部品を、前記一対の基準マークを結ぶ線分と前記一対の対照マークを結ぶ線分とが交差するように搭載する工程と、
    前記一対の基準マークと前記一対の対照マークとを画像認識手段により画像認識する工程と、
    前記画像認識工程による認識結果を用い、前記一対の基準マークを結ぶ線分の中点と前記一対の対照マークを結ぶ線分の中点との相対的な位置関係に基づいてX軸方向およびY軸方向のマウント精度を測定することを特徴とするマウント精度測定方法。
  2. 画像認識可能な一対の基準マークが形成された精度測定基板上に、画像認識可能な一対の対照マークが形成された透明または半透明の精度測定部品を、前記一対の基準マークを結ぶ線分と前記一対の対照マークを結ぶ線分とが交差するように搭載する工程と、
    前記一対の基準マークと前記一対の対照マークとを画像認識手段により画像認識する工程と、
    前記画像認識工程による認識結果を用い、前記一対の基準マークを結ぶ線分と前記一対の対照マークを結ぶ線分とのなす角度に基づいて回転方向のマウント精度を測定することを特徴とするマウント精度測定方法。
  3. 前記精度測定基板がガラス基板であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のマウント精度測定方法。
  4. 前記精度測定部品がチップ状をなすガラス板であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のマウント精度測定方法。
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