JP6923958B2 - 実装装置および温度測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、被実装体が載置される載置面または被実装体である被測定物の温度を測定可能な実装装置、および、温度測定方法に関する。

従来から、半導体チップ等の実装体を、基板等の被実装体に実装する実装装置が広く知られている。かかる実装装置は、基板等の被実装体が載置されるステージと、当該ステージに対して可動のボンディングヘッドと、を備えている。ボンディングヘッドは、半導体チップを保持して、被実装体にボンディングする。

このボンディングヘッドの内部には、通常、ヒータが設けられており、保持した半導体チップを加熱できるようになっている。また、ステージにも、通常、ヒータが設けられており、載置された被実装体を規定の温度に加熱できるようになっている。

ここで、実装処理を適切に行うためには、ステージ表面の温度は、規定のターゲット温度に保たれることが望まれる。ステージの加熱温度が不正確であったり、ステージの場所ごとに加熱温度のバラツキがあったりすると、実装品質の低下やバラツキを招く。

そこで、従来からステージの載置面、または、載置面に載置された基板等の被実装体（以下「被測定物」と呼ぶ）の温度を測定することが提案されている。例えば、特許文献１には、ステージの内部に、当該ステージの上面部の温度を測定するための熱電対等からなる測温手段を設けることが開示されている。

特開平１１−１８６３３８号公報

しかし、ステージの内部に設けられた測温手段では、ステージの載置面や、当該載置面に載置された被実装体の温度を正確に測定することは困難であった。そこで、熱電対等の測温手段を、ステージの内部ではなく、ステージの表面（載置面）に貼り付けることも考えられる。しかし、載置面に熱電対等が貼り付けられていると、適切な実装処理ができないため、こうした熱電対は、実装処理の前に取り外す必要があり、面倒であった。また、別の対策として、非接触で温度を測定するサーモカメラの利用も考えられるが、サーモカメラは、非常に高額であるため、当該サーモカメラの現実的ではない。

さらに、別の形態として、温度を測定する測定素子を有した測定ヘッドを、被測定物に接触させて、当該被測定物の温度を測定することも考えられる。しかし、測定ヘッドと被測定物との間の温度差が大きいと、測定ヘッドを被測定物に接触させた後、両者の間で熱が移動し、正確な温度が測定できない、あるいは、正確な温度測定までに時間がかかるという問題があった。

そこで、本明細書では、被測定物の温度をより正確に測定できる実装装置および温度測定方法を開示する。

本明細書で開示する実装装置は、実装体を被実装体に実装する実装装置であって、前記被実装体が載置される載置面及び前記載置面を加熱する第一ヒータを有するステージと、前記被実装体又は前記載置面である被測定物に接触する接触面と、前記接触面を介して前記被測定物の温度を測定する測定素子と、前記接触面を加熱する第二ヒータと、を有し、少なくとも前記載置面に対して直交方向に駆動する測定ヘッドと、前記被測定物がターゲット温度になると予測されるステージ側目標温度まで前記第一ヒータを加熱するとともに前記接触面が前記ターゲット温度になるまで前記第二ヒータを加熱した後、前記第二ヒータの加熱を停止した状態で前記接触面を前記被測定物に接触させた初期タイミングから一定時間経過するまでの間に得られる前記測定素子の温度検出値の時間変化に基づいて、前記被測定物の前記初期タイミングにおける温度または前記被測定物の前記初期タイミングにおける温度の良否を判断する制御部と、を備えることを特徴とする。

この場合、前記測定ヘッドは、前記実装体を、前記被実装体にボンディングするボンディングヘッドであってもよい。

また、前記制御部は、前記測定素子の温度検出値が時間の経過に伴い増加する場合は、前記被測定物の前記初期タイミングにおける温度が前記ターゲット温度より高く、前記測定素子の温度検出値が時間の経過に伴い減少する場合は、前記被測定物の前記初期タイミングにおける温度が前記ターゲット温度より低く、前記測定素子の温度検出値が時間が経過しても変動しない場合は、前記被測定物の前記初期タイミングにおける前記ターゲット温度が目標値と等しい、と判断してもよい。

また、前記制御部は、前記被測定物の温度または温度の良否の判断結果に基づいて、前記被測定物の温度が前記ターゲット温度に近づくように、前記第二ヒータの制御パラメータを補正してもよい。この場合、前記被測定物には、複数の測定ポイントが設定されており、前記制御部は、前記複数の測定ポイントについて、前記温度の測定を行い、前記複数の測定ポイント間で測定結果が均等になるように、前記制御パラメータを補正してもよい。

また、前記測定ヘッドは、さらに、本体と、前記本体よりも熱容量が小さくかつ断熱材を介して前記本体に取り付けられた測定ブロックと、を有しており、前記接触面は、前記測定ブロックの端面であり、前記測定素子は、前記測定ブロック内に設けられてもよい。

本明細書で開示する温度測定方法は、実装装置のステージの載置面に載置された被実装体または前記ステージの載置面である被測定物の温度を測定ヘッドにより測定する温度測定方法であって、前記被測定物がターゲット温度になると予測されるステージ側目標温度まで前記ステージの内部に設けられた第一ヒータを加熱するとともに前記測定ヘッドのうち前記被測定物に接触する接触面が前記ターゲット温度になるまで前記測定ヘッドに設けられた第二ヒータを加熱するステップと、前記加熱した後、前記第二ヒータを停止した状態で前記接触面を前記被測定物に接触させるステップと、前記接触させた初期タイミングから一定時間経過するまでの間に前記測定ヘッドに設けられた温度の測定素子で得られる温度検出値の時間変化に基づいて、前記被測定物の前記初期タイミングにおける温度または前記被測定物の前記初期タイミングにおける温度の良否を判断するステップと、を備えることを特徴とする。

本明細書で開示する実装装置および温度測定方法によれば、予め接触面を加熱した状態で被測定物に接触させるため、被測定物と測定ヘッド間での熱の移動量を小さくできる。結果として、被測定物の温度をより迅速に、かつ、正確に測定できる。

実装装置の構成を示す図である。 温度測定処理の流れを示すフローチャートである。 温度測定処理の過程を示すイメージ図である。 温度測定処理の過程を示すイメージ図である。 第二検出温度の時間変化を示すイメージ図である。 ボンディングヘッドを加熱しない場合における第一、第二検出温度の時間変化を示すイメージ図である。 温度測定処理を組み込んだ温度調節処理の流れを示すフローチャートである。 ΔＴｎの取得の流れを示すフローチャートである。 第一ヒータの配置の一例を示す図である。 他の温度調節処理の流れを示すフローチャートである。 他の実装装置の一例を示す図である。

以下、実装装置１０の構成について図面を参照して説明する。図１は、実装装置１０の概略構成を示す図である。この実装装置１０は、半導体チップ１１０を基板１００等の被実装体にボンディングして、実装する装置である。実装装置１０は、ステージ１４と、ボンディングするボンディングヘッド１２と、これらの駆動を制御する制御部１６と、を備えている。

ステージ１４は、基板１００等の被実装体が載置される台であり、その表面は、被実装体が載置される載置面となる。このステージ１４は、水平方向に移動可能となっており、その移動は、制御部１６によって制御されている。また、ステージ１４には、１以上の第一ヒータＨＳが内蔵されている。第一ヒータＨＳは、パルスヒータであるが、比較的、短時間で昇温できるヒータであれば、他の種類のヒータでもよい。また、第一ヒータＨＳの個数および位置は、ステージ１４の表面（載置面）を均等に加熱できるのであれば、特に限定されない。

各第一ヒータＨＳには、第一温度センサ２２が組み込まれている。この第一温度センサ２２は、第一ヒータＨＳの温度を第一検出温度Ｔ１として検出するセンサで、例えば、熱電対である。制御部１６は、この第一温度センサ２２で検出された第一検出温度Ｔ１に基づいて第一ヒータＨＳの駆動を制御する。

ボンディングヘッド１２は、ステージ１４の載置面に載置された被実装体に半導体チップ１１０等の実装体をボンディングするヘッドである。また、ボンディングヘッド１２は、後述するように、ステージ１４の載置面または載置面に載置された実装体（以下、まとめて「被測定物」という）の温度を測定するための測定ヘッドとしても機能する。ボンディングヘッド１２は、その下端に半導体チップ１１０を保持でき、また、鉛直な軸回りの回転と、昇降と、が可能となっている。半導体チップ１１０をボンディングする際、ボンディングヘッド１２は、その下端に半導体チップ１１０を保持したまま、ステージ１４側に向かって下降し、半導体チップ１１０を被実装体に圧接させる。ここで、半導体チップ１１０を均等に加圧できるように、ボンディングヘッド１２のステージ１４に対する平行度は、高精度で調整されている。

このボンディングヘッド１２の先端部の内部には、第二ヒータＨＨが設けられている。第二ヒータＨＨは、第一ヒータＨＳと同様に、パルスヒータであるが、比較的、短時間で昇温できるヒータであれば、他の種類のヒータでもよい。第二ヒータＨＨには、第二温度センサ２０が組み込まれている。この第二温度センサ２０は、第二ヒータＨＨの温度を第二検出温度Ｔ２として検出する温度測定素子で、例えば、熱電対である。制御部１６は、この第二温度センサ２０で検出された第二検出温度Ｔ２に基づいて第二ヒータＨＨの駆動を制御する。また、後述するように、制御部１６は、ボンディングヘッド１２を、被測定物に接触させた際に第二温度センサ２０で検出された第二検出温度Ｔ２に基づいて、被測定物の温度を測定する。なお、第二検出温度Ｔ２が、ボンディングヘッド１２の下端面の温度を反映できるように、第二ヒータＨＨおよび第二温度センサ２０は、いずれも、ボンディングヘッド１２の先端面の下端近傍に配されている。なお、ボンディングヘッド１２の先端面は、被測定物に接触する接触面として機能する。

制御部１６は、処理の進行状況等に応じて、ボンディングヘッド１２およびステージ１４の移動を制御する。また、制御部１６は、第一検出温度Ｔ１に基づいて第一ヒータＨＳの駆動（例えばＯＮ／ＯＦＦ制御、印加電流値等）を制御したり、第二検出温度Ｔ２に基づいて第二ヒータＨＨの駆動（例えばＯＮ／ＯＦＦ制御、印加電流値等）を制御したりする。さらに、制御部１６は、必要に応じて、第二検出温度Ｔ２を利用して、被測定物の温度の測定も行う。ここで、「被測定物の温度の測定」とは、被測定物の温度の具体的数値を取得することでもよいし、所定の基準温度（例えばターゲット温度Ｔｔ等）に対して被測定物の温度がズレているか否かを検出することでもよい。

次に、この実装装置１０で、被測定物であるステージ１４の載置面の温度を測定する流れについて説明する。図２は、温度測定処理の流れを示すフローチャートである。この温度測定処理では、載置面の温度が、規定のターゲット温度Ｔｔからズレているか否かを検出している。

温度測定処理では、まず、制御部１６は、測定ヘッドとしても機能するボンディングヘッド１２を、上昇させ、ステージ１４から離間させる（Ｓ１２）。その状態で、制御部１６は、第一、第二ヒータＨＳ，ＨＨを、ＯＮとし（Ｓ１４）、ステージ１４およびボンディングヘッド１２を加熱する。この加熱は、ボンディングヘッド１２の表面（接触面）およびステージ１４の表面（載置面）が、それぞれ、規定のターゲット温度Ｔｔになるように行う。

ここで、第一ヒータＨＳおよび第一温度センサ２２は、ステージ１４の内部に埋め込まれており、第一温度センサ２２で検出された第一検出温度Ｔ１に比べて、ステージ１４の載置面の温度は、若干低くなる。そこで、ステージ１４の載置面の温度が、ターゲット温度Ｔｔに達した際に得られるであろう第一検出温度Ｔ１を、予めステージ側目標温度ＴＳとして規定しておく。そして、制御部１６は、第一検出温度Ｔ１が、ステージ側目標温度ＴＳになるように、第一ヒータＨＳの通電量を制御する。

同様に、ボンディングヘッド１２の下端面（接触面）の温度が、ターゲット温度Ｔｔに達した際に得られるであろう第二検出温度Ｔ２を、予めヘッド側目標温度ＴＨとして規定しておく。そして、制御部１６は、第二検出温度Ｔ２が、ヘッド側目標温度ＴＨになるように、第二ヒータＨＨの通電量を制御する。なお、第二ヒータＨＨおよび第二温度センサ２０は、ボンディングヘッド１２の接触面の近傍に配されている。したがって、通常、ヘッド側目標温度ＴＨは、ターゲット温度Ｔｔとほぼ同じである（ＴＨ≒Ｔｔ）。一方、第一ヒータＨＳおよび第一温度センサ２２は、ステージ１４の載置面から離間しているため、ステージ側目標温度ＴＳは、ターゲット温度Ｔｔに比べてやや、高くなっている（ＴＳ＞Ｔｔ）。例えば、ターゲット温度Ｔｔ＝２３５℃の場合、ヘッド側目標温度ＴＨ＝２３５℃、ステージ側目標温度ＴＳ＝２５０℃とすることができる。

図３は、このときの実装装置１０の様子を示すイメージ図である。以下の図面において、ヒータＨＨ，ＨＳの内部の色は、そのＯＮ／ＯＦＦ状態を示しており、グレーは、ＯＮ状態を、白は、ＯＦＦ状態を示している。図３に示す通り、ボンディングヘッド１２とステージ１４とが離間した状態においては、第一ヒータＨＳ、第二ヒータＨＨは、いずれも、ＯＮ状態となっている。

第一検出温度Ｔ１が、ステージ側目標温度ＴＳに達し、かつ、第二検出温度Ｔ２が、ヘッド側目標温度ＴＨに達した場合（Ｓ１６でＹｅｓ）、制御部１６は、ボンディングヘッド１２を下降させる（Ｓ１８）。下降の結果、ボンディングヘッド１２の接触面が、ステージ１４の載置面に接触すれば（Ｓ２０でＹｅｓ）、制御部１６は、第二ヒータＨＨをＯＦＦする（Ｓ２２）。また、制御部１６は、ボンディングヘッド１２の接触面がステージ１４の載置面に接触した直後に第二温度センサ２０で検出された第二検出温度Ｔ２を、初期温度Ｔｆとして記憶する（Ｓ２４）。

図４は、ボンディングヘッド１２が、ステージ１４に接触した状態を示すイメージ図である。図４に示す通り、ボンディングヘッド１２は、その接触面全体がステージ１４の載置面に接触する。また、このとき、第二ヒータＨＨは、ＯＦＦ状態であり、第一ヒータＨＳは、ＯＮ状態である。

その後、制御部１６は、その状態のまま、すなわち、ボンディングヘッド１２の接触面がステージ１４の載置面に接触した状態かつ第一ヒータＨＳをＯＦＦかつ第二ヒータＨＨをＯＮした状態のまま、所定の待機時間ｔｓだけ待機する（Ｓ２６）。なお、この待機中、制御部１６は、第一検出温度Ｔ１＝ＴＳを保つように、第一ヒータＨＳの通電量を制御する。

所定の待機時間ｔｓが経過すれば（Ｓ２６でＹｅｓ）、制御部１６は、第二温度センサ２０で検出された第二検出温度Ｔ２を、末期温度Ｔｅとして記憶する（Ｓ２８）。末期温度Ｔｅが得られれば、制御部１６は、温度変化量ΔＴ＝Ｔｅ−Ｔｆを算出する（Ｓ３０）。なお、通常、初期温度Ｔｆは、ヘッド側目標温度ＴＨとほぼ同じである。したがって、初期温度Ｔｆに変えて、ヘッド側目標温度ＴＨを用いて温度変化量ΔＴを算出してもよく、その場合、ステップＳ２４は、省略してもよい。

この温度変化量ΔＴは、第二ヒータＨＨをＯＦＦした後、ボンディングヘッド１２に流入出した熱量を表す値であり、ボンディングヘッド１２の接触面と、ステージ１４の載置面（被測定物）と、の温度差を示す値と言える。制御部１６は、この温度変化量ΔＴに基づいて、ステージ１４の載置面の温度の良否を判断する。

これについて、図５を参照して説明する。図５は、ステージ１４の載置面の温度の違いによる第二検出温度Ｔ２の温度変化の違いを説明するイメージ図である。図５において、横軸は、時刻を、縦軸は、第二検出温度Ｔ２を示している。また、図５において、時刻０は、ボンディングヘッド１２の接触面が、ステージ１４の載置面に接触したタイミングを示しており、時刻ｔｓは、待機時間ｔｓが経過したタイミングを示している。

上述した通り、ボンディングヘッド１２の接触面が、ステージ１４の載置面に接触すれば、制御部１６は、第二ヒータＨＨをＯＦＦにする。このとき、ボンディングヘッド１２の接触面の温度と、ステージ１４の載置面の温度とが、ほぼ同じとなる加熱適切状態であれば、両者の間の熱の流入出はなく、第二検出温度Ｔ２は、殆ど変化しない（あるいは、外気への熱流出分だけ低下）と考えられる。すなわち、この場合、第二検出温度Ｔ２は、図５において実線で示すように、ヘッド側目標温度ＴＨとほぼ同じか、僅かに低い温度に保たれる。

一方、ステージ１４の載置面面の温度が、ボンディングヘッド１２の接触面の温度に比べて高い加熱過剰状態の場合、ステージ１４の熱が、ボンディングヘッド１２に流入するため、第二検出温度Ｔ２は、上昇すると考えられる。すなわち、この場合、第二検出温度Ｔ２は、図５において一点鎖線で示すように、ヘッド側目標温度ＴＨ（初期温度Ｔｆ）に比べて、上昇することが予想される。そして、時刻ｔｓにおいて得られる温度変化量ΔＴが、正の値となり、その絶対値が大きくなることが予想される。

また、ステージ１４の載置面の温度が、ボンディングヘッド１２の接触面の温度に比べて低い加熱不足状態の場合、ボンディングヘッド１２の熱が、ステージ１４に流入するため、第二検出温度Ｔ２は、降下すると考えられる。すなわち、この場合、第二検出温度Ｔ２は、図５において二点鎖線で示すように、ヘッド側目標温度ＴＨ（初期温度Ｔｆ）に比べて、下降することが予想される。そして、時刻ｔｓにおいて得られる温度変化量ΔＴが、負の値でとなり、その絶対値が大きくなることが予想される。

再び図２に戻って、温度測定処理の流れを説明する。制御部１６は、温度変化量ΔＴが得られれば、続いて、その温度変化量ΔＴの絶対値を、規定の基準変化量Δｄｅｆと比較する（Ｓ３２）。基準変化量Δｄｅｆは、ボンディングヘッド１２の接触面と、ステージ１４の載置面（被測定物）とがほぼ同温度とみなせる変化量であり、かかる基準変化量Δｄｅｆは、実験等で予め規定しておけばよい。

比較の結果、温度変化量ΔＴが、基準変化量Δｄｅｆ以下の場合（Ｓ３２でＹｅｓ）、制御部１６は、ステージ１４の載置面の温度は、適正であると判断し（Ｓ３４）、処理を終了する。一方、温度変化量ΔＴが、基準変化量Δｄｅｆ超過の場合（Ｓ３２でＮｏ）、制御部１６は、ステージ１４の載置面の温度が不適切であると判断する（Ｓ３６）。

なお、ステップＳ３２〜Ｓ３６では、温度変化量ΔＴに基づいて、表面温度の良否のみを判断しているが、温度変化量ΔＴに基づいて、ステージ１４の載置面の温度の具体的数値を取得するようにしてもよい。例えば、温度変化量ΔＴは、ボンディングヘッド１２が、ステージ１４に接触した時点での両者１２，１４の温度差に有る程度、依存すると予想される。そこで、接触時点での両者１２，１４の温度差と、温度変化量ΔＴとの相関関係を示すマップを、予め実験等により求めておき、ステップＳ３０で得られた温度変化量ΔＴを、当該マップに照らし合わせて、両者１２，１４の温度差を求めてもよい。そして、初期温度Ｔｆまたはヘッド側目標温度ＴＨから、求めた温度差を加減算した値を、ステージ１４の載置面の温度として算出してもよい。

温度測定処理としては、以上で終了となるが、制御部１６は、ステージ１４の載置面の温度が不適切であると判断されれば、温度変化量ΔＴが小さくなるように、第一ヒータＨＳの制御パラメータを補正する。ここで、補正される制御パラメータとしては、第一ヒータＨＳを制御する際の入力値（ステージ１４表面の目標温度）に対する出力値（第一ヒータＨＳの出力熱量）を変化でき得るパラメータであれば、特に限定されない。したがって、補正される制御パラメータは、例えば、第一ヒータＨＳの印加される電流に加減算されるオフセット電流値や、第一温度センサ２２が出力する検出電圧値を第一検出温度Ｔ１に変換する際に加減算されるセンサオフセット値、ステージ１４の載置面の温度をターゲット温度Ｔｔに加熱する際に用いられるステージ側目標温度ＴＳ等であってもよい。

また、補正の方法としては、温度変化量ΔＴが小さくなるのであれば、特に限定されない。例えば、温度変化量ΔＴが正の場合（ステージ１４の表面温度が高い場合）には、オフセット電流値を小さくしたり、センサオフセット値を大きくしたり、ステージ側目標温度ＴＳを小さくしたりしてもよい。逆に、温度変化量ΔＴが負の場合（ステージ１４の表面温度が低い場合）には、オフセット電流値を大きく、センサオフセット値を小さくしたり、ステージ側目標温度ＴＳを大きくしたりしてもよい。また、こうした制御パラメータの増減量（補正量）は、一定値でもよいし、温度変化量ΔＴの値に応じて変化する可変値としてもよい。いずれにしても、温度変化量ΔＴの絶対値が、基準変化量Δｄｅｆ超過の場合には、温度変化量ΔＴの値に応じて、制御パラメータを補正することで、ステージ１４の載置面を、より正確に加熱することができる。

以上の説明から明らかな通り、本明細書で開示する実装装置１０では、ステージ１４の表面温度を測定するにあたって、被測定物であるステージ１４だけでなく、測定ヘッドとして機能するボンディングヘッド１２も、ターゲット温度Ｔｔ近傍まで加熱している。その結果、接触初期におけるボンディングヘッド１２とステージ１４との間の温度差を比較的小さくすることができ、比較的短時間で、ステージ１４の表面温度を測定できる。

これについて、ボンディングヘッド１２を事前に加熱しない場合と比較して説明する。図６は、ボンディングヘッド１２を事前に加熱しない場合の第一検出温度Ｔ１と第二検出温度Ｔ２との変化を示すイメージ図である。図６において、時刻０は、ボンディングヘッド１２の接触面が、ステージ１４の載置面に接触したタイミングを示している。また、Ｔｎは、常温を示している。

この場合、ボンディングヘッド１２の接触面が、ステージ１４の載置面に接触する前、制御部１６は、第一検出温度Ｔ１が、ステージ側目標温度ＴＳになるように、第一ヒータＨＳを制御している。この状態で、常温Ｔｎのボンディングヘッド１２の接触面がステージ１４の載置面に接触すれば、ステージ１４の熱がボンディングヘッド１２に流出するため、その分、ステージ１４の温度（ひいては第一検出温度Ｔ１）が低下する。この場合、制御部１６は、この第一検出温度Ｔ１の温度低下を補うために、第一ヒータＨＳへの通電量を増加する。その結果、一定時間経過すれば、第一検出温度Ｔ１は、再び、上昇し、ステージ側目標温度ＴＳ近傍に達する。ただし、その後も、ボンディングヘッド１２の接触面がステージ１４の載置面と同じ温度に達するまでは、熱の流入出が生じるため、第一検出温度Ｔ１の温度は安定することなく、揺れやすい。

一方、第二検出温度Ｔ２は、ボンディングヘッド１２の接触面がステージ１４の載置面に接触した後、徐々に増加していく。そして、十分な時間ｔｔが経過すれば、所定の温度で安定する。なお、この第二検出温度Ｔ２が安定するまでの時間ｔｔは、待機時間ｔｓに比べて十分に大きい。

つまり、ボンディングヘッド１２を事前に加熱していない状態では、接触初期におけるボンディングヘッド１２とステージ１４との温度差が大きく、両者１２，１４間での熱の流入出量が大きくなる。その結果、ボンディングヘッド１２およびステージ１４のいずれにおいても、大きな温度変動が生じてしまうため、ステージ１４の載置面の温度の測定精度の低下や、測定時間の長期化といった問題を招いていた。

一方、本明細書で開示する実装装置１０では、上述した通り、事前に、ボンディングヘッド１２の接触面を、ターゲット温度Ｔｔ近傍まで加熱している。そのため、ボンディングヘッド１２とステージ１４との間での熱の流入出量を小さく抑えることができ、より短時間、かつ、より正確にステージ１４の載置面の温度を測定できる。

また、本明細書で開示する実装装置１０では、ボンディングヘッド１２を測定ヘッドとして用いている。その結果、測定のために、新規な部材を追加する必要が無く、また、ボンディングヘッド１２（測定ヘッド）の接触面とステージ１４の載置面とを正確に接触させることができる。すなわち、半導体チップ１１０を適切にボンディングするためには、ボンディングヘッド１２は、半導体チップ１１０の全面を均等に加圧することが要求される。その要求を満たすために、ボンディングヘッド１２のステージ１４に対する平行度は、高精度で調整されている。結果として、温度測定の際、ボンディングヘッド１２の接触面は、ステージ１４の載置面に真っ直ぐに当たることができるため、両者１２，１４が接触した際の両者１２，１４の間の熱抵抗を小さく抑えることができる。結果として、ステージ１４の載置面の温度をより正確に測定できる。

また、本明細書で開示する実装装置１０では、第二検出温度Ｔ２自体を、ステージ１４の表面温度として取得するのでなく、第二検出温度Ｔ２の時間変化を示す値（温度変化量ΔＴ）に基づいてステージ１４の表面温度の良否、あるいは、表面温度の具体的数値を判断している。この場合、ステージ１４の温度測定処理に要する時間をより短縮できる。すなわち、第二検出温度Ｔ２自体を、ステージ１４の表面温度として取得する場合には、当然ながら、第二検出温度Ｔ２が安定するまで、待機する必要がある。しかし、ボンディングヘッド１２とステージ１４との間に温度差がある場合には、第二検出温度Ｔ２が安定化するまで時間がかかり、ひいては、測定時間が長期化する。一方、温度変化量ΔＴを利用すれば、第二検出温度Ｔ２が安定化するまで待つ必要はなく、比較的短時間で、ステージ１４の表面温度を測定できる。なお、これまでの説明では、温度変化量ΔＴに基づいて温度測定を行っているが、第二検出温度Ｔ２の時間変化を示す値であれば、温度変化量ΔＴに限らず、他の値を用いてもよい。例えば、第二検出温度Ｔ２の時間変化曲線の傾き（≒ΔＴ／ｔｓ）に基づいて、温度測定を行ってもよい。

次に、これまで説明した温度測定処理を利用して、複数の第一ヒータＨＳｎのパラメータを調整する温度調整処理について説明する。図７、図８は、温度調整処理の流れを示すフローチャートである。また、図９は、ステージ１４における第一ヒータＨＳｎの配置を示す図である。

図９に示す通り、この場合、ステージ１４は、３行３列で配置された９つの第一ヒータＨＳｎ（ｎ＝１，２，・・・，９）を有している。各第一ヒータＨＳｎには、当該第一ヒータＨＳｎの温度を検出する第一温度センサ２２ｎが組み込まれている。温度調整処理では、ステージ１４の載置面のうち、この９つの第一ヒータＨＳｎそれぞれの真上位置の温度を測定し、その測定結果に応じて第一ヒータＨＳｎの制御パラメータを変更する。以下では、この温度が測定される位置、すなわち、第一ヒータＨＳｎそれぞれの真上位置を「測定ポイントＰｎ」と呼ぶ。

温度調整処理を行う場合には、図７に示す通り、まず、ｎ＝１に設定した上で（Ｓ４０）、測定ポイントＰｎ（＝Ｐ１）における温度変化量ΔＴｎを取得する（Ｓ４２）。ΔＴｎの取得の処理フローは、図８に示す通りであり、その内容は、図２を参照して説明した処理と類似している。すなわち、制御部１６は、ボンディングヘッド１２を、ステージ１４から離間した状態で、第二ヒータＨＨおよび全ての第一ヒータＨＳｉ（ｉ＝１，２，・・・，９）をＯＮする（Ｓ５２，Ｓ５４）。その状態で、制御部１６は、第二温度センサ２０による第二検出温度Ｔ２がヘッド側目標温度ＴＨに達し、かつ、各温度センサ２２ｉによる第一検出温度Ｔ１ｉが、対応するステージ側目標温度ＴＳｉに達するか否かをモニタリングする（Ｓ５６）。

Ｔ２＝ＴＨかつＴ１ｉ＝ＴＳｉになれば、制御部１６は、ボンディングヘッド１２を下降させる（Ｓ５８）。下降の結果、ボンディングヘッド１２の接触面がステージ１４の載置面に接触すれば（Ｓ６０でＹｅｓ）、制御部１６は、第二ヒータＨＨをＯＦＦにする（Ｓ６２）。そして、制御部１６は、接触した直後に第二温度センサ２０で検出された第二検出温度Ｔ２を、初期温度Ｔｆとして記憶する（Ｓ６４）。

その後、所定の待機時間ｔｓが経過すれば（Ｓ６６でＹｅｓ）、制御部１６は、その時点の第二検出温度Ｔ２を、末期温度Ｔｅとして記憶する（Ｓ６８）。そして、得られた、末期温度Ｔｅから初期温度Ｔｆを減算した値を、温度変化量ΔＴｎとして算出する（Ｓ７０）。

再び、図７を参照して説明する。温度変化量ΔＴｎが得られれば、続いて、制御部１６は、温度変化量ΔＴｎの絶対値が、規定の基準変化量Δｄｅｆ以下か否かを判断する（Ｓ４４）。判断の結果、｜ΔＴｎ｜＞Δｄｅｆの場合（Ｓ４４でＮｏ）、制御部１６は、得られた温度変化量ΔＴｎに応じて、第一ヒータＨＳｎの制御パラメータを変更する（Ｓ４６）。そして、再度、ステップＳ４２，Ｓ４４を実行し、制御パラメータの変更の要否を判断する。一方、｜ΔＴｎ｜≦Δｄｅｆの場合（Ｓ４４でＹｅｓ）、制御部１６は、ｎが９である否かを判断し（Ｓ４８）、ｎ≠９の場合は、ｎをインクリメントしたうえで（Ｓ５０）、ステップ４２に戻り、他の測定ポイントＰｎについてパラメータの変更の要否を判断する。一方、ｎ＝９の場合は、全ての測定ポイントＰｎについて、温度調整が完了したと判断し、処理を終了する。

以上の説明から明らかな通り、図７、図８に示す処理によれば、複数の測定ポイントＰｎごとに、温度を測定し、その測定結果に応じて複数の第一ヒータＨＳｎの制御パラメータを調整している。その結果、ステージ１４の載置面の温度のバラツキを低減でき、より適切なボンディングが可能となる。

なお、図７では、各測定ポイントＰｎの温度変化量ΔＴｎが基準変化量Δｄｅｆ以下になるように制御パラメータを調整しているが、複数の測定ポイントＰｎ間での温度のバラツキが小さくなるように制御パラメータを調整してもよい。図１０は、複数の測定ポイントＰｎ間での温度のバラツキが小さくする温度調整処理の流れを示すフローチャートである。

図１０に示す処理では、制御部１６は、まず、複数の測定ポイントＰｎの温度変化量ΔＴｎを取得する（Ｓ７２〜Ｓ７８）。このとき、温度変化量ΔＴｎの取得処理の流れは、図８と同様である。

全ての測定ポイントＰｎについて、温度変化量ΔＴｎが得られれば（Ｓ７６でＹｅＳ）、制御部１６は、温度変化量ΔＴｎの平均値である平均変化量ΔＴａｖｅ＝Σ（ΔＴｎ）／９を算出する（Ｓ８０）。続いて、制御部１６は、得られた複数の温度変化量ΔＴｉのうち、最高値ＭＡＸ（ΔＴｉ）と、最小値ＭＩＮ（ΔＴｉ）との差が、所定の基準値Ｄｄｅｆ以下か否かを判断する（Ｓ８２）。ここで、基準値Ｄｄｅｆは、複数の測定ポイントＰｎが実質的に同じ温度とみなせる値であり、実験等により予め求めておく値である。

制御部１６は、ＭＡＸ（ΔＴｉ）−ＭＩＮ（ΔＴｉ）≦Ｄｄｅｆであれば（Ｓ８２でＹｅｓ）、複数の測定ポイントＰｎの温度は、実質的に均一であると判断し、処理を終了する。一方、ＭＡＸ（ΔＴｉ）−ＭＩＮ（ΔＴｉ）≦Ｄｄｅｆであれば（Ｓ８２でＮｏ）、制御部１６は、各測定ポイントＰｎごとに、平均変化量ΔＴａｖｅと温度変化量ΔＴｎとの差分値の絶対値と、基準変化量Δｄｅｆとを比較する（Ｓ８６）。そして、差分値の絶対値が、基準変化量Δｄｅｆより大きい場合（Ｓ８６でＮｏ）には、対応する第一ヒータＨＳｎの制御パラメータを、差分値の絶対値が小さくなるように、調整する（Ｓ８８）。以上の処理を全ての測定ポイントＰｎ（図示の例ではｎ＝１〜９（Ｓ８４，Ｓ９０））に対して行えば（Ｓ９０でＹｅｓ）、ステップＳ７２に戻り、ステップＳ８２でＹｅｓになるまで同様の処理を繰り返す。

以上の説明から明らかな通り、図１０の温度調整処理では、温度変化量ΔＴが、平均変化量ΔＴａｖｅに近づくように、各第一ヒータＨＳｎの制御パラメータを調節している。平均変化量ΔＴａｖｅを基準としてパラメータ調節することで、測定ポイントＰｎ間の温度のバラツキがより効果的に解消される。

なお、上述の説明では、平均変化量Ｔａｖｅを基準値とし、この平均変化量Ｔａｖｅに温度変化量ΔＴｎが近づくようにパラメータ調節しているが、基準値とするパラメータは、平均変化量ΔＴａｖｅ以外でもよい。例えば、複数の測定ポイントＰｎのうち、一つの測定ポイントＰ＊に、予め熱電対を貼り付けておき、当該熱電対での計測値が、所望の値になるように対応する第一ヒータＨＳｎの制御パラメータを調整しておく。そして、この測定ポイントＰ＊で得られた温度変化量ΔＴ＊に、他の測定ポイントの温度変化量ΔＴｎが近づくように、パラメータ調節してもよい。

また、これまで説明した構成は、いずれも一例であり、測定ヘッドおよびステージ１４がヒータＨＨ，ＨＳを有し、被測定物の表面とほぼ同じ温度まで加熱した後、測定ヘッドのヒータＨＨをオフした際に、測定ヘッドに設けられた温度センサで得られる検出温度に基づいて、被測定物の表面温度を測定するのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、これまでの説明では、被測定物の表面温度を測定するための温度センサを、ボンディングヘッド１２の内部に設けているが、かかる温度センサは、ボンディングヘッド１２よりも熱容量が十分に小さい部材内に設けてもよい。

例えば、図１１に示すように、ボンディングヘッド１２の本体の下端に、熱容量の小さい測定ブロック３２を、断熱材３４を介して取り付け、当該測定ブロック３２に、熱電対等からなる温度センサ３０を設けてもよい。そして、被測定物の温度を測定する場合には、この測定ブロック３２の先端面を、被測定物に接触させるようにすればよい。かかる構成とした場合、温度センサ３０が、ボンディングヘッド１２の本体よりも熱容量の小さい測定ブロック３２に設けられているため、被測定物と接触させた後の熱移動が生じにくくなる。結果として、被測定物の温度をより正確に測定することができる。また、被測定物に接触する部分の面積が小さくなることで、より細かな温度分布を測定することができる。また、これまでの説明では、測定ヘッドとしてボンディングヘッド１２を用いているが、ボンディングヘッド１２とは別に、温度測定専用のヘッドを別途設けてもよい。また、これまでの説明では、被測定物として、ステージ１４の載置面の温度を測定しているが、ステージ１４の載置面に載置された被実装体（例えば基板１００等）の温度を測定してもよい。

さらに、実施の形態では、被実装体に実装される実装体が半導体チップであると説明したが、本発明は、半導体チップを被実装体に実装する装置に限らず適用することができる。例えば、ガラス、金属、樹脂等の個片状の物体を被実装体に接合する装置、トランジスタ、コンデンサ、ＩＣ等の電子部品を実装基板に電気的に接合する装置にも適用することができる。

１０ 実装装置、１２ ボンディングヘッド、１４ ステージ、１６ 制御部、２０ 第二温度センサ、２２ 第一温度センサ、３０ 温度センサ、３２ 測定ブロック、３４ 断熱材、１００ 基板、１１０ 半導体チップ。

Claims (7)

1. 実装体を被実装体に実装する実装装置であって、
   前記被実装体が載置される載置面及び前記載置面を加熱する第一ヒータを有するステージと、
   前記被実装体又は前記載置面である被測定物に接触する接触面と、前記接触面を介して前記被測定物の温度を測定する測定素子と、前記接触面を加熱する第二ヒータと、を有し、少なくとも前記載置面に対して直交方向に駆動する測定ヘッドと、
   前記被測定物がターゲット温度になると予測されるステージ側目標温度まで前記第一ヒータを加熱するとともに前記接触面が前記ターゲット温度になるまで前記第二ヒータを加熱した後、前記第二ヒータの加熱を停止した状態で前記接触面を前記被測定物に接触させた初期タイミングから一定時間経過するまでの間に得られる前記測定素子の温度検出値の時間変化に基づいて、前記被測定物の前記初期タイミングにおける温度または前記被測定物の前記初期タイミングにおける温度の良否を判断する制御部と、
   を備えることを特徴とする実装装置。
2. 請求項１に記載の実装装置であって、
   前記測定ヘッドは、前記実装体を、前記被実装体にボンディングするボンディングヘッドである、ことを特徴とする実装装置。
3. 請求項１に記載の実装装置であって、
   前記制御部は、前記測定素子の温度検出値が時間の経過に伴い増加する場合は、前記被測定物の前記初期タイミングにおける温度が前記ターゲット温度より高く、前記測定素子の温度検出値が時間の経過に伴い減少する場合は、前記被測定物の前記初期タイミングにおける温度が前記ターゲット温度より低く、前記測定素子の温度検出値が時間が経過しても変動しない場合は、前記被測定物の前記初期タイミングにおける前記ターゲット温度が目標値と等しい、と判断する、ことを特徴とする実装装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の実装装置であって、
   前記制御部は、前記被測定物の温度または温度の良否の判断結果に基づいて、前記被測定物の温度が前記ターゲット温度に近づくように、前記第二ヒータの制御パラメータを補正する、ことを特徴とする実装装置。
5. 請求項４に記載の実装装置であって、
   前記被測定物には、複数の測定ポイントが設定されており、
   前記制御部は、前記複数の測定ポイントについて、前記温度の測定を行い、前記複数の測定ポイント間で測定結果が均等になるように、前記制御パラメータを補正する、
   ことを特徴とする実装装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の実装装置であって、
   前記測定ヘッドは、さらに、本体と、前記本体よりも熱容量が小さくかつ断熱材を介して前記本体に取り付けられた測定ブロックと、を有しており、
   前記接触面は、前記測定ブロックの端面であり、
   前記測定素子は、前記測定ブロック内に設けられる、
   ことを特徴とする実装装置。
7. 実装装置のステージの載置面に載置された被実装体または前記ステージの載置面である被測定物の温度を測定ヘッドにより測定する温度測定方法であって、
   前記被測定物がターゲット温度になると予測されるステージ側目標温度まで前記ステージの内部に設けられた第一ヒータを加熱するとともに前記測定ヘッドのうち前記被測定物に接触する接触面が前記ターゲット温度になるまで前記測定ヘッドに設けられた第二ヒータを加熱するステップと、
   前記加熱した後、前記第二ヒータを停止した状態で前記接触面を前記被測定物に接触させるステップと、
   前記接触させた初期タイミングから一定時間経過するまでの間に前記測定ヘッドに設けられた温度の測定素子で得られる温度検出値の時間変化に基づいて、前記被測定物の前記初期タイミングにおける温度または前記被測定物の前記初期タイミングにおける温度の良否を判断するステップと、
   を備えることを特徴とする温度測定方法

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