JP6546068B2 - 基板処理装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板処理装置及びその制御方法に関する。

従来、基板処理装置としては、基板が置かれるヒーティングブロック（基板支持台）と、ヒーティングブロックの一側に配設されたフロントレールと、フロントレールと平行に移動可能なリアレールとを備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この基板処理装置では、幅の違う基板を取り扱うことができる。

特開２０１３−４９７７号公報

ところで、特許文献１の基板処理装置では、ヒーターが挿入された基板支持台を有しているが、このヒーティングブロックの温度を測定する温度センサ（サーモカップル）を備えている。このような基板処理装置は、温度センサにより温度を測定することができるが、例えば構成や制御をより簡素にすることが望まれる。基板処理装置では、温度センサなどを用いずに、基板支持台、あるいは基板の加熱状態を検出することが望まれていた。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、温度センサを用いずに、加熱状態を検出することができる基板処理装置及びその制御方法を提供することを主目的とする。

本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

部品を基板に実装する処理を行う実装システムに用いられる基板処理装置であって、
所定のマークが設けられ基板を支持すると共に該基板を加熱する基板支持台と、
前記基板支持台の前記所定のマークを撮像可能である撮像部と、
前記撮像部により撮像された画像に含まれる前記所定のマークの熱変位量に基づいて前記基板支持台に関する部材の温度を検出する制御部と、
を備えたものである。

この基板処理装置では、所定のマークが設けられた基板支持台を撮像部が撮像し、撮像された画像に含まれる所定のマークの熱変位量に基づいて基板支持台に関する部材の温度（例えば、基板支持台自体の温度や基板の温度）を検出する。このように、撮像した画像により温度を検出するため、例えば、温度センサなどを用いずに、加熱状態を検出することができる。

本発明の基板処理装置において、前記基板支持台は、前記所定のマークとして第１マークと第２マークとが設けられており、前記制御部は、前記撮像部により撮像された画像の前記第１マークと前記第２マークとの伸縮距離、膨張収縮サイズ及び位置ずれ量のうち１以上に基づいて前記基板支持台に関する部材の温度を検出するものとしてもよい。この装置では、第１マークと第２マークとの相対的な熱変位量を用いて加熱状態を検出することができる。この装置において、前記第１マークは第１部材を介して前記基板支持台に設けられており、前記第２マークは第１部材とは熱膨張性の異なる第２部材を介して前記基板支持台に設けられているものとしてもよい。この装置では、第１マークと第２マークとの熱変位量をより大きくすることができるため、検出する温度の精度をより高めることができる。

本発明の基板処理装置において、前記撮像部は、第１温度での前記マークを撮像し、前記第１温度より高い第２温度での前記マークを撮像し、前記制御部は、前記第１温度での前記マークと、前記第２温度での前記マークとの間の熱変位量に基づいて前記基板支持台に関する部材の温度を検出するものとしてもよい。この装置では、１つのマークを用いて温度センサなどを用いずに、加熱状態を検出することができる。

本発明の基板処理装置において、前記基板支持台は、前記マークが縁部に設けられているものとしてもよい。この装置では、基板支持台上で基板に対する処理を行いやすい。

本発明の基板処理装置において、前記制御部は、前記所定のマークの熱変位量と温度との対応関係を用いて前記基板支持台に関する部材の温度を検出するものとしてもよい。この装置では、熱変位量と温度との対応関係を用いて、比較的容易に温度を検出することができる。

本発明の基板処理装置の制御方法は、
所定のマークが設けられ基板を支持すると共に該基板を加熱する基板支持台と、前記基板支持台の前記所定のマークを撮像可能である撮像部とを備え、部品を基板に実装する処理を行う実装システムに用いられる基板処理装置の制御方法であって、
前記撮像部により撮像された画像に含まれる前記所定のマークの熱変位量に基づいて前記基板支持台に関する部材の温度を検出するステップ、
を含むものである。

この基板処理装置の制御方法は、上述した基板処理装置と同様に、例えば、温度センサなどを用いずに、基板支持台に関する部材の加熱状態を検出することができる。なお、この制御方法において、上述した基板処理装置の種々の態様を採用してもよいし、また、上述した基板処理装置の各機能を実現するようなステップを追加してもよい。

実装システム１０の一例を表す概略説明図。 基板支持台３０の一例を表す説明図。 温度と熱変位量とを対応づけた熱変位対応関係の一例を表す概念図。 温度視認検出処理ルーチンの一例を表すフローチャート。 温度によりマーク３３の距離が変位する説明図。 温度によりマーク３３の位置ずれが起きる説明図。

本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、実装システム１０の一例を表す概略説明図である。図２は、基板支持台３０の一例を表す説明図である。図３は、基板支持台３０の温度と熱変位量とを対応づけた熱変位対応関係の一例を表す概念図である。実装システム１０は、例えば、部品Ｐを基板Ｓに実装する処理に関する実装処理を実行するシステムである。この実装システム１０は、部品Ｐを基板Ｓに実装する実装処理を実施する複数の実装装置１１が上流から下流に配置されている。なお、図１では、説明の便宜のため実装装置１１を１台のみ示している。本実施形態において、左右方向（Ｘ軸）、前後方向（Ｙ軸）及び上下方向（Ｚ軸）は、図１に示した通りとする。

実装装置１１は、図１、２に示すように、基板処理ユニット１２と、実装ユニット１３と、部品供給ユニット１４と、パーツカメラ１５と、制御装置４０とを備えている。基板処理ユニット１２は、基板Ｓの搬入、搬送、実装位置での固定、搬出を行うユニットである。基板処理ユニット１２は、図１の前後に間隔を開けて設けられ左右方向に架け渡された１対のコンベアベルトを有している。基板Ｓはこのコンベアベルトにより搬送される。

基板処理ユニット１２には、基板支持台３０が配設されている。基板支持台３０は、基板処理ユニット１２に搬送固定された基板Ｓを下面側から加熱テーブル３５により支持すると共に加熱するものである。加熱テーブル３５は、熱伝導性の高い材料により構成されており、温度変化に応じて膨張収縮する。加熱テーブル３５は、その表面が金属（例えばアルミニウムなど）で形成されているものとしてもよい。この基板支持台３０は、図２に示すように、加熱テーブル３５の縁部３０ａに所定形状の第１マーク３１と所定形状の第２マーク３２とが配設されている。ここでは、第１マーク３１及び第２マーク３２をマーク３３と総称する。第１マーク３１、第２マーク３２は、位置を把握可能な形状であればよく、例えば、円、矩形、楕円、多角形、星形などが挙げられるが、円形状であることが、識別及び位置の把握の観点から好ましい。

実装ユニット１３は、部品を部品供給ユニット１４から採取し、基板処理ユニット１２に固定された基板Ｓへ配置するものである。実装ユニット１３は、ヘッド移動部２０と、実装ヘッド２２と、吸着ノズル２４とを備えている。ヘッド移動部２０は、ガイドレールに導かれてＸＹ方向へ移動するスライダと、スライダを駆動するモータとを備えている。実装ヘッド２２は、スライダに取り外し可能に装着されており、ヘッド移動部２０によりＸＹ方向へ移動する。実装ヘッド２２の下面には、１以上の吸着ノズル２４が取り外し可能に装着される。吸着ノズル２４は、圧力を利用して部品を採取する採取部材である。実装ヘッド２２はＺ軸モータ２３によってＺ軸に沿って吸着ノズル２４の高さを調整する。

この実装ヘッド２２には、マークカメラ２５が配設されている。マークカメラ２５は、例えば、基板Ｓや部品Ｐを上方から撮像可能な装置である。マークカメラ２５は、実装ヘッド２２（又はスライダ）の下面側に配設されている。このマークカメラ２５は、その下方が撮像領域であり、基板Ｓに付された識別子や位置基準マークを撮像し、撮像した画像を制御装置４０へ出力する。また、マークカメラ２５は、基板支持台３０に付されたマーク３３も撮像し、撮像した画像を制御装置４０へ出力する。このマークカメラ２５は、実装ヘッド２２の移動に伴ってＸＹ方向へ移動する。

部品供給ユニット１４は、リールを備えた複数のフィーダを有し、実装装置１１の前側に配設されている。各リールには、テープが巻き付けられ、テープには、複数の部品がテープの長手方向に沿って保持されている。このテープは、リールから後方に向かって巻きほどかれ、部品Ｐが露出した状態で、吸着ノズル２４で吸着される採取位置に送り出される。

制御装置４０は、ＣＰＵ４１を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶するＲＯＭ４２、各種データを記憶するＨＤＤ４３、作業領域として用いられるＲＡＭ４４、外部装置と電気信号のやり取りを行うための入出力インタフェース４５などを備えており、これらはバス４６を介して接続されている。この制御装置４０は、基板処理ユニット１２、実装ユニット１３、部品供給ユニット１４、パーツカメラ１５へ制御信号を出力し、実装ユニット１３や部品供給ユニット１４、パーツカメラ１５からの信号を入力する。ＨＤＤ４３には、加熱テーブル３５の温度と熱変位量（例えば第１マーク３１と第２マーク３２との距離）とを対応づけたデータである熱変位対応関係が記憶されている（図３参照）。制御装置４０は、熱変位量が入力されるとこの対応関係を用いることにより加熱テーブル３５の温度を求めることができる。なお、ここでは、求めた温度は、加熱テーブル３５の温度として説明するが、求めた温度は基板Ｓの温度であるものとしてもよいし、基板支持台３０の温度としてもよい。

次に、こうして構成された本実施形態の実装システム１０の動作、まず、実装装置１１で実行される部品Ｐを基板Ｓへ配置する実装処理について説明する。実装処理を開始すると、制御装置４０のＣＰＵ４１は、まず、基板Ｓを搬入固定するよう基板処理ユニット１２を制御する。次に、ＣＰＵ４１は、基板Ｓに付された識別子や位置基準マークをマークカメラ２５により撮像し、基板Ｓの情報や配置位置の情報を取得する。また、ＣＰＵ４１は、必要に応じて所定のタイミングで基板支持台３０により基板Ｓの加熱処理などを行う。次に、ＣＰＵ４１は、採取する部品Ｐに応じた吸着ノズル２４を実装ヘッド２２に装着させ、部品供給ユニット１４から部品Ｐを採取するよう実装ユニット１３を制御する。続いて、ＣＰＵ４１は、基板Ｓ上の配置位置へ実装ヘッド２２を移動させ、吸着ノズル２４を下降させて部品Ｐを基板Ｓに配置させる。そして、ＣＰＵ４１は、現在、基板処理ユニット１２に固定されている基板Ｓへの部品Ｐの実装がすべて終了したときには、基板Ｓを排出すると共に新たな基板Ｓを搬入固定する。ＣＰＵ４１は、このような処理を、すべての基板Ｓに対して完了するまで繰り返し行う。

次に、基板支持台３０の温度を検出する処理について説明する。図４は、制御装置４０のＣＰＵ４１により実行される温度視認検出処理ルーチンの一例を表すフローチャートである。このルーチンは、制御装置４０のＨＤＤ４３に記憶され、所定の温度検出タイミングに至ると実行される。温度検出タイミングは、加熱テーブル３５の温度を検出すべき時間間隔に設定するものとし、例えば、加熱テーブル３５の加熱状態が継続した時間（例えば、５分や１０分など）の経過後などに設定することができる。なお、この処理では、基板支持台３０のマーク３３を撮像するため、温度検出タイミングは、基板Ｓの搬入前や基板Ｓが排出されたあとのタイミングとしてもよい。

このルーチンを開始すると、制御装置４０のＣＰＵ４１は、まず、マークカメラ２５を基板支持台３０に付されたマーク３３上へ移動させる（ステップＳ１００）。次に、ＣＰＵ４１は、マークカメラ２５によりマーク３３を撮像させ（ステップＳ１１０）、熱変位対応関係に基づいて基板支持台３０（加熱テーブル３５）の温度を検出する（ステップＳ１２０）。ここで、温度を検出する処理について具体的に説明する。図５は、温度により第１マーク３１と第２マーク３２との距離が変位する説明図である。加熱テーブル３５は、加熱当初は所定温度Ｔ１であり、第１マーク３１と第２マーク３２とは距離Ｌ１である（図５上段）。加熱テーブル３５は、時間の経過と共にその温度が上昇することがある。すると、加熱テーブル３５が熱膨張して第１マーク３１と第２マーク３２とは距離Ｌ１よりも長い距離Ｌ２となる（図５下段）。制御装置４０では、このような温度と伸縮距離との関係を熱変位対応関係としてＨＤＤ４３などの記憶媒体へ記憶しておき、第１マーク３１と第２マーク３２とを撮像した画像からこれらの距離を求め、熱変位対応関係を用いて加熱テーブル３５の温度を求めるのである。こうすれば、温度センサを用いることなく、基板Ｓの識別子を読み取るマークカメラ２５を用いて、加熱テーブル３５の温度を検出することができる。

加熱テーブル３５の温度を検出すると、ＣＰＵ４１は、検出した温度が過熱温度域であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、過熱温度領域は、その下限値が、例えば、基板Ｓを加熱すべき温度よりも高く、且つ基板Ｓへ悪影響が出る温度よりも低い温度に設定されるものとしてもよい。検出した温度が過熱温度域でない場合は、ＣＰＵ４１は、そのままこのルーチンを終了する。一方、検出した温度が過熱温度域である場合は、ＣＰＵ４１は、加熱処理を中断し、その旨のメッセージを図示しない操作パネルの表示部に表示させ（ステップＳ１４０）、このルーチンを終了する。このように、実装装置１１では、マーク３３を撮像した画像に基づいて、加熱テーブル３５の温度を求め、生産に影響するような基板Ｓの過熱を防止しながら実装処理を行うのである。

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の基板支持台３０が本発明の基板支持台に相当し、マークカメラ２５が撮像部に相当し、制御装置４０が制御部に相当し、マーク３３が所定のマークに相当する。なお、本実施形態では、実装装置１１の動作を説明することにより本発明の基板処理装置の制御方法の一例も明らかにしている。

以上説明した実施形態の実装装置１１によれば、マーク３３（所定のマーク）が設けられた基板支持台３０をマークカメラ２５が撮像し、撮像された画像に含まれるマーク３３の熱変位量に基づいて基板支持台３０（加熱テーブル３５）の温度を検出する。この実装装置１１では、撮像した画像により温度を検出するため、例えば、温度センサなどを用いずに、加熱状態を検出することができる。また、実装装置１１は、基板支持台３０には第１マーク３１と第２マーク３２とが設けられており、撮像された画像の第１マーク３１と第２マーク３２との伸縮距離に基づいて基板支持台３０の温度を検出する。この装置では、第１マーク３１と第２マーク３２との相対的な伸縮距離を用いて加熱状態を検出することができる。更に、基板支持台３０は、マーク３３が縁部３０ａに設けられているため、基板支持台３０上で基板Ｓに対する処理を行いやすい。更にまた、制御装置４０は、熱変位量と温度との対応関係を用いるため、比較的容易に温度を検出することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、制御装置４０は、第１マーク３１と第２マーク３２との伸縮距離に基づき基板支持台３０の温度を検出するものとしたが、特にこれに限定されず、例えば、第１マーク３１と第２マーク３２との位置ずれ量に基づいて基板支持台３０の温度を検出するものとしてもよい。図６は、温度により第１マーク３１と第２マーク３２との位置ずれが起きる説明図である。加熱テーブル３５は、加熱当初は、第１マーク３１と第２マーク３２とは図６の実線で示した位置関係にある。加熱テーブル３５がより加熱されると、加熱テーブル３５が熱膨張して第１マーク３１と第２マーク３２との位置関係がずれる（図６点線参照）。制御装置４０では、このような温度と位置ずれ量との関係を用い、加熱テーブル３５の温度を求めることができる。こうすれば、温度センサを用いることなく、基板Ｓの識別子を読み取るマークカメラ２５を用いて、加熱テーブル３５の温度を検出することができる。この装置において、第１マーク３１は第１部材３１ａを介して基板支持台３０に設けられており、第２マーク３２は第１部材３１ａとは熱膨張性の異なる第２部材３２ａを介して基板支持台３０に設けられているものとしてもよい。第１部材３１ａや第２部材３２ａは、それぞれ異なる材質とすればよく、例えば、金属、セラミックス、樹脂などが挙げられる。あるいは、第１部材３１ａや第２部材３２ａと、加熱テーブル３５との間に入れられるスペーサ３１ｂ，３２ｂを異なる材質としてもよい。このような装置では、第１マーク３１と第２マーク３２との熱変位量をより大きくすることができるため、検出する温度の精度をより高めることができる。

あるいは、制御装置４０は、第１マーク３１と第２マーク３２との膨張収縮サイズに基づき基板支持台３０の温度を検出するものとしてもよい。第１マーク３１と第２マーク３２とが異なる材質である場合、マーク自体の大きさが温度によって変わる。このように、制御装置４０は、熱変位量をマークの熱膨張収縮サイズとして基板支持台３０の温度を検出することができる。なお、第１部材３１ａや第２部材３２ａの構成は、上記位置ずれの場合と同様の内容とすることができ、その説明を省略する。

上述した実施形態では、第１マーク３１と、第２マーク３２との熱変位量に基づいて基板支持台３０の温度を検出するものとしたが、特にこれに限定されず、マークを１つ用いて基板支持台３０の温度を検出するものとしてもよい。この場合、マークカメラ２５は、第１温度（例えば室温）でのマークを撮像し、第１温度より高い第２温度（例えば加熱温度）で、マークカメラ２５を固定し同じ位置でこのマークを撮像する。制御装置４０は、第１温度でのマークと第２温度でのマークとの間の熱変位量に基づいて基板支持台の温度を検出することができる。熱変位量としては、上述した実施形態と同様に、伸縮距離、位置ずれ量、熱膨張サイズなどが挙げられる。この装置では、１つのマークを用いて温度センサなどを用いずに、加熱状態を検出することができる。

上述した実施形態では、マーク３３は、加熱テーブル３５の縁部３０ａに配設されているものとしたが、特にこれに限定されず、加熱テーブル３５の中央などに配設されていてもよい。

上述した実施形態では、基板Ｓの識別子を撮像するマークカメラ２５をマーク３３の撮像に用いるものとしたが、特にこれに限定されず、例えば、マーク３３を撮像する専用のカメラを備えるものとしてもよい。この装置でも、温度センサなどを用いずに、加熱状態を検出することができる。

上述した実施形態では、図３に示す熱変位対応関係を用いて熱変位量に対応する加熱テーブル３５の温度を求めるものとしたが、特にこれに限定されず、対応関係以外の方法で温度を求めるものとしてもよい。

上述した実施形態では、実装ユニット１３を備えた実装装置１１として本発明を説明したが、実装システム１０に用いられるものとすれば、特に限定されず、実装ユニット１３を備えず基板処理ユニット１２のみ備える基板処理装置としてもよい。また、実装ユニット１３の代わりに他のユニット、例えば、はんだペーストを印刷する印刷ユニット、基板Ｓを検査する検査ユニットなどのうち１以上を備えるものとしてもよい。また、上述した実施形態では、本発明を実装装置１１として説明したが、例えば、基板処理装置の制御方法や、上述した処理をコンピュータが実行するプログラムとしてもよい。

本発明は、部品を基板上に配置する実装処理を行う実装システムに利用可能である。

１０ 実装システム、１１ 実装装置、１２ 基板処理ユニット、１３ 実装ユニット、１４ 部品供給ユニット、１５ パーツカメラ、２０ ヘッド移動部、２２ 実装ヘッド、２３ Ｚ軸モータ、２４ 吸着ノズル、２５ マークカメラ、３０ 基板支持台、３０ａ 縁部、３１ 第１マーク、３１ａ 第１部材、３１ｂ スペーサ、３２ 第２マーク、３２ａ 第２部材、３２ｂ スペーサ、３３ マーク、３５ 加熱テーブル、４０ 制御装置、４１ ＣＰＵ、４２ ＲＯＭ、４３ ＨＤＤ、４４ ＲＡＭ、４５ 入出力インタフェース、４６ バス、５０ 管理コンピュータ、Ｐ 部品、Ｓ 基板。

Claims (7)

1. 部品を基板に実装する処理を行う実装システムに用いられる基板処理装置であって、
   所定のマークが設けられ基板を支持すると共に該基板を加熱する基板支持台と、
   前記基板支持台の前記所定のマークを撮像可能である撮像部と、
   前記撮像部により撮像された画像に含まれる前記所定のマークの熱変位量に基づいて前記基板支持台に関する部材の温度を検出する制御部と、
   を備えた基板処理装置。
2. 前記基板支持台は、前記所定のマークとして第１マークと第２マークとが設けられており、
   前記制御部は、前記撮像部により撮像された画像の前記第１マークと前記第２マークとの伸縮距離、膨張収縮サイズ及び位置ずれ量のうち１以上に基づいて前記基板支持台に関する部材の温度を検出する、請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記第１マークは第１部材を介して前記基板支持台に設けられており、
   前記第２マークは第１部材とは熱膨張性の異なる第２部材を介して前記基板支持台に設けられている、請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記撮像部は、第１温度での前記マークを撮像し、前記第１温度より高い第２温度での前記マークを撮像し、
   前記制御部は、前記第１温度での前記マークと、前記第２温度での前記マークとの間の熱変位量に基づいて前記基板支持台に関する部材の温度を検出する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
5. 前記基板支持台は、前記マークが縁部に設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
6. 前記制御部は、前記所定のマークの熱変位量と温度との対応関係を用いて前記基板支持台に関する部材の温度を検出する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
7. 所定のマークが設けられ基板を支持すると共に該基板を加熱する基板支持台と、前記基板支持台の前記所定のマークを撮像可能である撮像部とを備え、部品を基板に実装する処理を行う実装システムに用いられる基板処理装置の制御方法であって、
   前記撮像部により撮像された画像に含まれる前記所定のマークの熱変位量に基づいて前記基板支持台に関する部材の温度を検出するステップ、
   を含む基板処理装置の制御方法。

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