JP7072264B2 - 対象物に対して移動体を直線移動させる装置および方法 - Google Patents

対象物に対して移動体を直線移動させる装置および方法 Download PDF

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Description

本発明は、対象物に対して移動体を直線移動させる装置および方法に関する。
例えば、半導体装置の製造において、半導体ダイ等の電子部品を基板あるいは他の半導体ダイに実装する実装装置や、半導体ダイの電極と基板の電極にワイヤをボンディングするワイヤボンディング装置等の多くのボンディング装置が用いられている。ボンディング装置は、ＸＹテーブル上に搭載されたボンディングヘッドと、ボンディングヘッドに取り付けられてボンディングツールを上下方向に移動させるボンディングアームと、ボンディングヘッドに取り付けられて基板のボンディング位置を検出する位置検出用カメラと、を備えている。ボンディングツールの中心線と位置検出用カメラの光軸とは所定のオフセット距離だけ離して配置されている。そして、位置検出用カメラの光軸をボンディング位置に合わせた後、オフセット距離だけボンディングヘッドを移動させてボンディングツールの中心線をボンディング位置に移動させてボンディングを行うものが多い。
一方、ボンディング動作を継続すると、温度上昇によりオフセット距離が変化する。このため、位置検出用カメラの光軸をボンディング位置に合わせた後、オフセット距離だけボンディングヘッドを移動させても、ボンディングツールの中心線がボンディング位置とならない場合がある。そこで、ボンディング動作の中間でオフセット距離を較正するボンディング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１－２０３２３４号公報
ところで、ボンディング装置では、ボンディングヘッドを有するベースの移動量の検出にリニアスケールを用いているものが多い。この場合、ボンディング装置の温度が上昇すると、リニアスケールが膨張し、リニアスケールの目盛に基づいて移動するベースの移動量に誤差が発生するという問題があった。また、リニアスケールの温度上昇は一様ではないため、リニアスケールの熱膨張量も部位によって異なっている場合が多い。このため、ボンディングヘッドの位置検出精度の低下により電子部品の実装精度が低下してしまうという問題があった。
そこで、本発明は、移動体の移動精度を向上させることを目的とする。
本発明の装置は、対象物に対して移動体を直線移動させる装置であって、対象物に対して直線移動し、移動方向に既知の間隔で配置された第１位置と第２位置とを有する移動体と、移動体の移動方向に沿って配置され、移動方向に沿って所定ピッチで複数の目盛が設けられたスケールと、移動体の第１位置に配置され、第１位置に対するスケールの第１目盛番号を検出する第１検出部と、移動体の第２位置に配置され、第２位置に対するスケールの第２目盛番号を検出する第２検出部と、移動体の移動量を制御する制御部と、を備え、制御部は、移動体をスケールに沿って移動開始位置から移動終了位置まで移動させながら、逐次、第１検出部及び第２検出部で第１目盛番号及び第２目盛番号を検出し、第１目盛番号と第２目盛番号との差に目盛のピッチを掛けて第１検出部と第２検出部との間のスケール上の距離を算出し、算出したスケール上の距離に対する第１検出部と第２検出部の既知の間隔の比としてスケールの位置補正係数を算出すること、を特徴とする。
本発明の装置において、基準位置からの移動体の距離を検出する距離検出器を備え、制御部は、距離検出器によって基準位置からの移動体の距離を検出しながら移動体を移動開始位置から移動終了位置まで移動させ、移動体の移動開始位置におけるスケールの目盛番号と移動終了位置におけるスケールの目盛番号とを第１検出部または第２検出部で検出し、検出した各目盛番号の差を目盛番号差として算出し、距離検出器によって検出した移動体の移動開始位置から移動終了位置までの距離に対する目盛番号差に目盛のピッチを掛けて求めた距離の比を位置補正係数に掛けて修正位置補正係数を算出し、算出した修正位置補正係数を用いてスケールで検出した移動距離を修正して移動体の移動量を制御してもよい。
本発明の装置において、電子部品を実装する実装ステージと、実装ステージの上に移動体の移動方向に並べて配置された２つのリファレンス部材であって、それぞれ上面に位置マークが設けられているリファレンス部材と、移動体に設けられ、位置マークの画像を取得する画像取得手段と、を更に備え、各リファレンス部材は、各位置マークが移動方向に既知のリファレンス距離だけ離間するように実装ステージの上に載置され、移動開始位置は、一の位置マークの画像が画像取得手段の光軸となる位置であり、移動終了位置は、他の位置マークの画像が画像取得手段の光軸となる位置であり、制御部は、移動開始位置から移動終了位置まで移動体を移動させ、移動体の移動開始位置におけるスケールの目盛番号と、移動終了位置におけるスケールの目盛番号とを第１検出部又は第２検出部により検出し、検出した各目盛番号の差を目盛番号差として算出し、既知のリファレンス距離に対する目盛番号差に目盛のピッチを掛けて求めた距離の比を位置補正係数に掛けて修正位置補正係数を算出し、算出した修正位置補正係数を用いてスケールで検出した移動距離を修正して移動体の移動量を制御してもよい。
本発明の装置において、制御部は、スケールの一端からの所定の目盛数毎の位置補正係数を算出してもよい。また、本発明の装置において、制御部は、スケールの一端からの所定の目盛数毎の位置補正係数と、修正位置補正係数とを算出してもよい。
本発明の装置において、移動体は、半導体ダイを対象物に搬送する搬送機構であり、対象物は、搬送された半導体ダイが実装される基板又は他の半導体ダイであって、装置は、半導体ダイを対象物に実装する実装装置でもよい。
本発明の方法は、対象物に対して移動体を直線移動させる方法であって、対象物に対して直線移動し、移動方向に既知の間隔で配置された第１位置と第２位置とを有する移動体と、移動体の移動方向に沿って配置され、移動方向に沿って所定ピッチで複数の目盛が設けられたスケールと、移動体の第１位置に配置され、第１位置に対するスケールの第１目盛番号を検出する第１検出部と、移動体の第２位置に配置され、第２位置に対するスケールの第２目盛番号を検出する第２検出部と、を備える装置を準備する工程と、移動体をスケールに沿って移動開始位置から移動終了位置まで移動させながら、逐次、第１検出部及び第２検出部で第１目盛番号及び第２目盛番号を検出し、第１目盛番号と第２目盛番号との差に目盛のピッチを掛けて第１検出部と第２検出部との間のスケール上の距離を算出し、算出したスケール上の距離に対する第１検出部と第２検出部の既知の間隔の比としてスケールの位置補正係数を算出する工程と、を有すること、を特徴とする。
本発明の方法において、装置は、移動体の基準位置からの距離を検出する距離検出器を備え、距離検出器によって基準位置からの移動体の距離を検出しながら移動体を移動開始位置から移動終了位置まで移動させ、移動体の移動開始位置におけるスケールの目盛番号と移動終了位置におけるスケールの目盛番号とを第１検出部または第２検出部により検出し、検出した各目盛番号の差を目盛番号差として算出し、距離検出器によって検出した移動体の移動開始位置から移動終了位置までの距離に対する目盛番号差に目盛のピッチを掛けて求めた距離の比を位置補正係数に掛けて修正位置補正係数を算出する工程と、算出した修正位置補正係数を用いてスケールで検出した移動距離を修正して移動体の移動量を制御する工程と、を含んでもよい。
本発明の方法において、装置は、電子部品を実装する実装ステージと、上面に位置マークが設けられている２つのリファレンス部材と、移動体に取付けられて位置マークの画像を取得する画像取得手段と、を更に備え、各位置マークが移動体の移動方向に既知のリファレンス距離だけ離間するように実装ステージの上にリファレンス部材を載置する工程と一の位置マークの画像が画像取得手段の光軸となる位置を移動開始位置とし、他の位置マークの画像が画像取得手段の光軸となる位置を移動終了位置として移動開始位置から移動終了位置まで移動体を移動させ、移動体の移動開始位置におけるスケールの目盛番号と、移動終了位置におけるスケールの目盛番号とを第１検出部又は第２検出部により検出し、検出した各目盛番号の差を目盛番号差として算出し、既知のリファレンス距離に対する目盛番号差に目盛のピッチを掛けて求めた距離の比を位置補正係数に掛けて修正位置補正係数を算出する工程と、算出した修正位置補正係数を用いてスケールで検出した移動距離を修正して移動体の移動量を制御する工程と、を含んでもよい。
本発明は、移動体の移動精度を向上させることができる。
実施形態における実装装置のシステムの構成を示す系統図である。 図１に示す実装装置においてリニアスケールが熱膨張した場合の基本動作を示す説明図で（ａ）は基準位置での状態、（ｂ）はカメラ側エンコーダヘッドで検出したリニアスケールの目盛位置にボンディングヘッド側エンコーダヘッドの中心線が合うようにベースを移動した状態を示す。 図１に示す実装装置においてベースが熱膨張した場合の基本動作を示す説明図で、（ａ）は基準位置での状態、（ｂ）はカメラ側エンコーダヘッドで検出したリニアスケールの目盛位置にボンディングヘッド側エンコーダヘッドの中心線が合うようにベースを移動した状態を示す。 図１に示す実装装置におけるリニアスケールの位置補正係数の算出動作を示すフローチャートである。 図４に示す動作の際のリニアスケールに対するベースの位置の変化と、リニアスケールに対する位置補正係数の変化とを示すグラフである。 図１に示す実装装置におけるリニアスケールの位置補正係数の他の算出動作を示すフローチャートである。 ベースをリファレンス距離だけ移動させた際のリニアスケールとベースとリファレンス部材との関係を示す説明図である。
＜実装装置の構成＞
以下、対象物に対して移動体を直線移動させる装置として半導体ダイ１５を基板１６等に実装する実装装置１００を例に説明する。図１に示すように、本実施形態の実装装置１００は、第１電子部品である半導体ダイ１５を対象物である基板１６または図示しない第２電子部品である他の半導体ダイに実装するものである。実装装置１００は、移動体であるベース１０と、ボンディングヘッド２０と、カメラ２５と、第１検出部であるボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１と、第２検出部であるカメラ側エンコーダヘッド３２と、リニアスケール３３と、制御部５０と、レーザ距離検出器４５と、対象物である基板１６を吸着固定するボンディングステージ１３とを備えている。実装装置１００は、例えば半導体ダイ１５を反転させた後に基板１６に実装するフリップチップボンディング装置であるが、半導体ダイ１５を反転させずに基板１６に実装するダイボンディング装置であってもよい。
ベース１０は、直線方向であるＸ方向に延びるガイドレール１１にガイドされてＸ方向に直線移動する。また、ベース１０にはベース１０をＸ方向に駆動するリニアモータ１２が取り付けられている。
ベース１０にはボンディングヘッド２０と画像取得手段であるカメラ２５とが取り付けられている。ボンディングヘッド２０は、半導体ダイ１５を真空吸着して基板１６にボンディングする実装ツールであるボンディングツール２１を上下方向であるＺ方向に移動させるものである。図１の符号２２ｚは、ボンディングヘッド２０のＺ方向の中心線を示す。また、ボンディングツール２１は、ボンディングヘッド２０のＺ方向の中心線２２ｚと同軸に配置されているので、中心線２２ｚはボンディングツール２１の中心を通る線でもある。カメラ２５は、基板１６を上方から撮像してその画像を取得するものである。図１の符号２６ｚはカメラ２５の光軸を示す。ボンディングヘッド２０とカメラ２５とは、ボンディングヘッド２０のＺ方向の中心線２２ｚとカメラ２５の光軸２６ｚとがベース１０の移動方向であるＸ方向に所定間隔ａだけ空けてベース１０に取り付けられている。ここで所定間隔ａは、オフセット距離である。ベース１０は、ボンディングツール２１で吸着した半導体ダイ１５を基板１６に搬送する搬送機構である。
また、ベース１０には、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１とカメラ側エンコーダヘッド３２とが取り付けられている。図１に示すようにボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１は、中心線３１ａがボンディングヘッド２０のＺ方向の中心線２２ｚと同一の位置となるようにベース１０の第１位置に取り付けられている。また、カメラ側エンコーダヘッド３２は中心線３２ａがカメラ２５の光軸２６ｚの位置Ｃと同一の位置となるようにベース１０の第２位置に取り付けられている。したがって、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１が取り付けられる第１位置とカメラ側エンコーダヘッド３２が取り付けられる第２位置とはベース１０の移動方向であるＸ方向に所定間隔ａだけ離れている。
ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１とカメラ側エンコーダヘッド３２とに対向する位置には、ベース１０の移動方向であるＸ方向に延びる共通のリニアスケール３３が配置されている。リニアスケール３３は所定のピッチｐで複数の目盛３４が刻まれている。ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１とカメラ側エンコーダヘッド３２とはこの目盛３４を光学的に読み取って、リニアスケール３３の上の目盛番号を検出するものである。
ボンディングステージ１３は、基板１６を真空吸着するものである。
レーザ距離検出器４５は、ボンディングステージ１３から離れた位置に配置され、レーザによってベース１０の基準位置からの距離を検出するものである。レーザ距離検出器４５は、実装装置１００の温度変化によるリニアスケール３３の長さに変化と関係なく、ベースのＸ方向の基準位置からの距離を検出することができる。
図１に示すように、リニアモータ１２と、ボンディングヘッド２０とは制御部５０に接続され、制御部５０の指令によって動作する。また、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１、カメラ側エンコーダヘッド３２は制御部５０に接続され、検出したリニアスケール３３の目盛位置のデータは、制御部５０に入力される。また、カメラ２５、レーザ距離検出器４５も制御部５０に接続され、カメラ２５が撮像した画像、レーザ距離検出器４５が検出したベース１０のＸ方向の移動距離のデータは、制御部５０に入力される。
制御部５０は、内部に情報処理を行うＣＰＵと動作プログラム、データを格納したメモリとを含むコンピュータであり、ベース１０のＸ方向位置あるいは移動量を調整するものである。
図１に示す実装装置１００のガイドレール１１、リニアスケール３３は、図示しないＹ方向駆動機構によって一体となってＹ方向に移動可能である。Ｙ方向駆動機構は制御部５０に接続され、制御部５０の指令によって動作する。なお、Ｙ方向は、Ｘ方向と直交する水平方向である。
なお、本実施形態の実装装置１００では、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１は、中心線３１ａがボンディングヘッド２０のＺ方向の中心線２２ｚと同一の位置となるようにベース１０に取り付けられ、カメラ側エンコーダヘッド３２は中心線３２ａがカメラ２５の光軸２６ｚと同一の位置となるようにベース１０に取り付けられていることとして説明したがこれに限らない。ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１とカメラ側エンコーダヘッド３２とはＸ方向に所定間隔ａだけ離れて配置されていれば、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１をボンディングヘッド２０の近傍に配置し、カメラ側エンコーダヘッド３２をカメラ２５の近傍に配置してもよい。
＜実装装置の基本動作＞
次に、図２、図３を参照しながら本実施形態の実装装置１００の基本動作について説明する。図２（ａ）は、ベース１０が撮像位置にある場合を示す。図２、図３の説明では、撮像位置はカメラ２５の光軸２６ｚの位置Ｃがボンディング領域の中心位置Ｓと一致する位置であり、ボンディングツール２１の中心位置ＢＨと半導体ダイ１５の中心位置Ｄとは一致しており、ボンディングツール２１に吸着された半導体ダイ１５の中心位置Ｄはボンディングヘッド２０のＺ方向の中心線２２ｚの上にあるとして説明する。
図２（ａ）に示すように、撮像位置では、カメラ２５の光軸２６ｚの位置Ｃ（ｘ，ｙ）がボンディング領域の中心位置Ｓ（ｘ，ｙ）と一致している。撮像位置でカメラ側エンコーダヘッド３２の中心線３２ａはリニアスケール３３のＮ番目の目盛の位置にある。制御部５０には、カメラ側エンコーダヘッド３２からカメラ側エンコーダヘッド３２の中心線３２ａがリニアスケール３３のＮ番目の目盛の位置にあるデータが入力される。次に、制御部５０は、図１に示すリニアモータ１２によってベース１０をＸ方向に移動する。この際、制御部５０は、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１によりリニアスケール３３の目盛のデータを検出する。そして、制御部５０は、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１により検出したリニアスケール３３の目盛がＮ番目の目盛位置になるまでベース１０をＸ方向に移動する。図２（ｂ）に示す様に、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１により検出したリニアスケール３３の目盛がＮ番目の目盛位置になると、ボンディングヘッド２０の中心線２２ｚ、半導体ダイ１５の中心位置Ｄは、リニアスケール３３の目盛がＮ番目の目盛位置、つまり、ボンディング領域の中心位置Ｓとなる。本実施形態の実装装置１００は、このようにして、半導体ダイ１５の中心位置Ｄをボンディング領域の中心位置Ｓに一致させることができる。
図２（ａ）、図２（ｂ）において、破線で示すリニアスケール３３´、目盛３４´は、リニアスケール３３が熱膨張した状態を示す。リニアスケール３３が熱膨張している場合、撮像位置においてカメラ側エンコーダヘッド３２が検出する目盛位置は、Ｎ´となる。そして、制御部５０は、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１により検出したリニアスケール３３の目盛がＮ´番目の目盛位置となるまでベース１０をＸ方向に移動させる。これにより、半導体ダイ１５の中心位置Ｄをリニアスケール３３の目盛がＮ´番目の目盛位置、つまり、ボンディング領域の中心位置Ｓに合わせることができる。
以上説明したように、本実施形態の実装装置１００は、リニアスケール３３が熱膨張しても、オフセット距離である所定間隔ａの較正を行わずに半導体ダイ１５の中心位置Ｄをボンディング領域の中心位置Ｓに合わせることができる。
図３（ａ）、図３（ｂ）は、ベース１０がＸ方向に熱膨張した場合を示す。図３（ａ）に示すように、撮像位置では、カメラ２５の光軸２６ｚの位置Ｃ（ｘ，ｙ）がボンディング領域の中心位置Ｓ（ｘ，ｙ）と一致している。撮像位置でカメラ側エンコーダヘッド３２の中心線３２ａはリニアスケール３３のＮ番目の目盛の位置にある。この際、ボンディングヘッド２０の中心線２２ｚは、カメラ２５の光軸２６ｚからＸ方向にａ´だけ離れた位置にある。
制御部５０は、図２（ｂ）を参照して説明したと同様、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１により検出したリニアスケール３３の目盛がＮ番目の目盛位置になるまでベース１０をＸ方向に移動する。すると、半導体ダイ１５の中心位置Ｄは、リニアスケール３３の目盛がＮ番目の目盛位置、つまり、ボンディング領域の中心位置Ｓとなる。本実施形態の実装装置１００は、このようにして、ベース１０が熱膨張しても、オフセット距離である所定間隔ａの較正を行わずに半導体ダイ１５の中心位置Ｄをボンディング領域の中心位置Ｓに合わせることができる。また、所定間隔ａの調整を行わずにベース１０の移動精度を向上させることができる。
＜実装装置におけるリニアスケールの位置補正係数ｋ（ｎ）の算出動作（算出方法）＞
次に、図４から図５を参照しながらリニアスケール３３の位置補正係数ｋ（ｎ）の算出動作について説明する。先に図２から図３を参照して説明したように、本実施形態の実装装置１００は、リニアスケール３３、或いはベース１０が熱膨張しても、オフセット距離である所定間隔ａの較正を行わずに半導体ダイ１５の中心位置Ｄをボンディング領域の中心位置Ｓに合わせることができる。しかし、リニアスケール３３或いはベース１０が熱膨張すると、実装装置１００の基準位置から所定の位置までベースを移動させる際に誤差が発生する場合がある。そこで、以下、リニアスケール３３の位置補正係数の算出動作（算出方法）について説明する。
図４のステップＳ１０１に示すように、制御部５０は、ｎを１に初期設定する。そして制御部５０は、図４のステップＳ１０２、図５に示すように、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１の中心線３１ａをリニアスケール３３の第１目盛番号Ｂ１（１）に合わせる。そして、制御部５０は、図４のステップＳ１０３においてレーザ距離検出器４５によってこの時のベース１０のＸ方向の位置を初期位置として検出する。
次に、制御部５０は、図４のステップＳ１０４に示すように、カメラ側エンコーダヘッド３２によってカメラ側エンコーダヘッド３２の中心線３２ａの位置するリニアスケール３３の第２目盛番号Ｂ２（１）を読みとる。そして、制御部５０は、図４のステップＳ１０５に進み、次の（式１)により、リニアスケール３３の上の第２目盛番号Ｂ２（１）と第１目盛番号Ｂ１（１）との距離Ａ１（１）を算出する。距離Ａ（１）は、リニアスケール３３で検出したボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１の中心線３１ａとカメラ側エンコーダヘッド３２の中心線３２ａとの距離でもある。
Ａ（１）＝［Ｂ２（１）－Ｂ１（１）］×ｐ ・・・・（式１）
（式１）において、ｐはリニアスケール３３の目盛３４のピッチである。
次に、制御部５０は、図４のステップＳ１０６に進み、次の（式２）によってリニアスケール３３の位置補正係数ｋ（１）を算出する。位置補正係数ｋ（１）は、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１の中心線３１ａとカメラ側エンコーダヘッド３２の中心線３２ａとの間の所定間隔ａと、リニアスケール３３の上の第２目盛番号Ｂ２（１）と第１目盛番号Ｂ１（１）との距離Ａ（１）との比率である。
ｋ（１）＝ａ／Ａ（１） ・・・・・（式２）
図４のステップＳ１０５、Ｓ１０６は、補正係数算出ステップを構成する。
次に制御部５０は、図４のステップＳ１０７に進み、リニアモータ１２によってベース１０をＸ方向に所定の目盛数ΔＢだけ移動させ、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１の中心線３１ａを第２目盛番号Ｂ２（１）＝Ｂ１（１）＋ΔＢに合わせる。そして、制御部５０は、図４のステップＳ１０８に進んでＢ１（２）にＢ１（１）＋ΔＢを格納する。制御部５０は、図４のステップＳ１０９でｎがｎｅｎｄに到達したかどうかを判断し、ｎがｎｅｎｄに到達していない場合には、図４のステップＳ１１０に進んでｎを１だけインクリメントしてｎ＝ｎ＋１＝２として図４のステップＳ１０４に戻る。ここで、ｎｅｎｄは、ベース１０が終了位置まで移動するまでに必要な移動回数であり、第１目盛番号Ｂ１（ｎｅｎｄ）は、ベース１０が終了位置まで移動した際にボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１の中心線３１ａが位置するリニアスケール３３の目盛番号を示す。図４のステップＳ１０４、Ｓ１０７－Ｓ１１０は、目盛番号検出ステップを構成する。
このように、制御部５０は、リニアスケール３３の所定の目盛数ΔＢだけベース１０をＸ方向に直線移動させ、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１とカメラ側エンコーダヘッド３２とによって、逐次、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１の中心線３１ａが位置するリニアスケール３３の第１目盛番号Ｂ１（ｎ）と、カメラ側エンコーダヘッド３２の中心線３２ａが位置するリニアスケール３３の第２目盛番号Ｂ２（ｎ）とを検出する。そして、制御部５０は、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１の中心線３１ａとカメラ側エンコーダヘッド３２の中心線３２ａとの間の所定間隔ａと、リニアスケール３３の上の第２目盛番号Ｂ２（ｎ）と第１目盛番号Ｂ１（ｎ）との距離Ａ（ｎ）との比率であるリニアスケール３３の位置補正係数ｋ（ｎ）を算出する動作を繰り返す。このように、制御部５０は、リニアスケール３３の一端から所定の目盛数ΔＢ毎に位置補正係数ｋ（ｎ）を算出し、図５のグラフに示すように、リニアスケール３３の各目盛番号Ｂ（ｎ）におけるリニアスケール３３の位置補正係数ｋ（ｎ）を算出することができる。
今、リニアスケール３３もベース１０も常温で熱膨張がない場合、図５に示すように、ｎ＝１における第１目盛番号Ｂ１（１）＝０、第２目盛番号Ｂ２（１）＝１０とすると、
Ａ（１）＝［Ｂ２（１）－Ｂ１（１）］×ｐ＝［１０－０］×ｐ
＝１０目盛×ｐ＝ａ
であり、ｋ（１）＝ａ／Ａ（１）＝１．０
となる。
ｎ＝２の位置ではリニアスケール３３が熱膨張しており、ベース１０の所定間隔ａは不変であるとする。この場合、リニアスケール３３の目盛３４のピッチｐは、熱膨張により、ｐ´（＞ｐ）となっている。ｎ＝２においてボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１の中心線３１ａを第１目盛番号Ｂ１（２）＝２０番に合わせると、第２目盛番号Ｂ２（２）と第１目盛番号Ｂ１（２）との間の目盛数は、熱膨張のない場合の１０目盛よりも少ない目盛数、例えば、９目盛となる。このため、リニアスケール３３の上の第２目盛番号Ｂ２（２）と第１目盛番号Ｂ１（２）との距離Ａ（２）、或いは、リニアスケール３３で検出したボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１の中心線３１ａとカメラ側エンコーダヘッド３２の中心線３２ａとの間の距離Ａ（２）は、
Ａ（２）＝［Ｂ２（２）－Ｂ１（２）］×ｐ
＝９目盛×ｐ
となる。一方、ベース１０の所定間隔ａは不変であり、１０目盛×ｐであるから、
ｋ（２）＝ａ／Ａ（２）＝（１０目盛×ｐ）／（９目盛×ｐ）＞１．０
となる。このように、リニアスケール３３が熱膨張によって伸びていると、位置補正係数ｋ（ｎ）は、１．０より大きい数字となる。また、逆にリニアスケール３３が常温よりも低い温度で、収縮している場合には、位置補正係数ｋ（ｎ）は、１．０よりも小さい数字となる。
リニアスケール３３が熱膨張していない場合にベース１０をＸ方向に所定の目盛数ΔＢだけ移動させると、ベース１０はΔＢ×ｐだけＸ方向に移動する。リニアスケール３３が熱膨張または収縮しているとベース１０の移動距離は、熱膨張或いは収縮を補正し、ΔＢ×ｐ×ｋ（ｎ）となる。リニアスケール３３が熱膨張している場合には、ｋ（ｎ）は、１．０よりも大きいので、ベース１０の移動距離は、ΔＢ×ｐよりも大きくなり、リニアスケール３３が収縮している場合には、ｋ（ｎ）が１．０よりも小さくなるので、ベース１０の移動距離はΔＢ×ｐよりも小さくなる。また、ベース１０の初期位置から終了位置までの移動距離は、ΔＢ×ｐ×ｋ（ｎ）をｎ＝１からｎｅｎｄまで積算したものとなる。
ｎがｎｅｎｄに到達したら、制御部５０は、図４のステップＳ１１１に進み、次の（式３）でベース１０の全移動距離Ｌａを算出する。
Ｌａ＝Σ［ΔＢ×ｐ×ｋ（ｎ）］ ・・・・（式３）
上記の（式３）で計算したＬａは、ベース１０の所定間隔ａが不変でリニアスケール３３の熱膨張を考慮した場合のベース１０の全移動距離である。しかし、ベース１０の所定間隔ａも温度よって熱膨張する。そこで、以下の様に、ベース１０の所定間隔ａの熱膨張量を考慮して位置補正係数ｋ（ｎ）を修正する。
制御部５０は、図４のステップＳ１１２に進み、レーザ距離検出器４５によってベース１０の終了位置を検出して図４のステップＳ１１３に進み、レーザ距離検出器４５によって検出したベース１０の初期位置から終了位置までの移動距離Ｌｃを算出する。
制御部５０は、図４のステップＳ１１４に進んで、下記の（式４）によって位置補正係数ｋ（ｎ）を修正してｋａ（ｎ）とする。
ｋａ（ｎ）＝ｋ（ｎ）×［Ｌａ／Ｌｃ］ ・・・・・（式４）
制御部５０は、修正した位置補正係数ｋａ（ｎ）をメモリに格納する。修正した位置補正係数ｋａ（ｎ）は、図５に示すように、熱膨張によるベース１０の所定間隔ａの変化を考慮したリニアスケール３３の目盛番号Ｂ（ｎ）に対するリニアスケール３３の位置補正係数ｋａ（ｎ）の分布、あるいは、位置補正係数ｋａ（ｎ）のマップを示す。図４のステップＳ１１１からＳ１１４は、補正係数修正ステップを構成する。
制御部５０は、修正した位置補正係数ｋａ（ｎ）を用いて以下のように、リニアスケール３３を用いて検出したボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１の中心線３１ａの位置を補正する。ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１で検出したリニアスケール３３の目盛番号がＢ１００で、Ｂ１００＝ΔＢ×ｍ＋ｊの場合、制御部５０は、目盛番号０からボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１の中心線３１ａまでの距離Ｌ１００を、
Ｌ１００＝［ΣΔＢ×ｋａ（ｎ）×ｐ］（ｎ＝１～ｍ）＋ｋａ（ｍ＋１）×ｊ×ｐ
として算出し、ベース１０の移動量或いは移動距離を制御する。
つまり、制御部５０は、補正なしの場合に、リニアスケール３３で検出した目盛番号０から目盛番号Ｂ１００までのボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１の移動距離Ｌ１００ｂ＝（ΔＢ×ｍ＋ｊ）×ｐを、修正した位置補正係数ｋａ（ｎ）を用いて、距離Ｌ１００＝［ΣΔＢ×ｋａ（ｎ）×ｐ］（ｎ＝１～ｍ）＋ｋａ（ｍ＋１）×ｊ×ｐに修正し、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１が取り付けられているベース１０の移動量或いは移動距離を制御する。
以上、説明したように、本実施形態の実装装置１００は、所定の目盛数ΔＢだけベース１０を直線移動させ、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１とカメラ側エンコーダヘッド３２により、逐次、目盛番号を検出してリニアスケール３３の位置補正係数ｋａ（ｎ）のマップを作成し、作成した位置補正係数ｋａ（ｎ）のマップに基づいて各エンコーダヘッド３１、３２の位置を修正するので、ボンディングヘッド２０、カメラ２５の位置検出精度を向上させてベース１０の移動精度を向上させることができる。
次に、図６、図７を参照しながら、本実施形態の実装装置１００のリニアスケールの位置補正係数ｋ（ｎ）の他の算出動作について説明する。図４、図５を参照して説明した動作と同様の動作については、同様のステップ符号を付して説明は省略する。
図５に示す動作は、ベース１０を所定の目盛数ΔＢだけ移動させて各エンコーダヘッド３１、３２でリニアスケール３３の移動目盛番号を検出して各位置補正係数ｋ（ｎ）を算出した後、レーザ距離検出器４５によってベース１０の位置を検出しながらベース１０をリファレンス距離Ｌｒだけ移動させた際の目盛数を検出し、この結果に基づいて位置補正係数ｋ（ｎ）を修正するものである。各位置補正係数ｋ（ｎ）を算出は、先に図４、図５を参照して説明したのと同様なので、説明は省略する。
制御部５０は、図６のステップＳ１０１からＳ１１０を繰り返して実行してｋ（ｎ）を算出したら、図６のステップＳ２０１に進む。
制御部５０は、図６のステップＳ２０１において、図７に示すように、ベース１０を所定の基準位置に合わせる。そして、制御部５０は、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１によってベース１０が基準位置にある時のボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１が位置するリニアスケール３３の目盛番号Ｂ（ｓ）を検出する。また、制御部５０は、レーザ距離検出器４５によってレーザ距離検出器４５からベース１０までの第１距離を検出する。次に、制御部５０は、レーザ距離検出器４５によってベース１０までの距離を検出しながらベース１０をＸ方向にリファレンス距離Ｌｒだけ移動させる。ベース１０がリファレンス距離Ｌｒだけ移動し、停止位置になったら、制御部５０は、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１によって停止位置におけるリニアスケール３３の目盛番号Ｂ（ｅ）を検出する。制御部５０は、基準位置の目盛番号と停止位置の目盛番号の差＝（Ｂ（ｅ）－Ｂ（ｓ））からリファレンス距離Ｌｒだけベース１０が移動した際のリニアスケール３３の目盛番号差ＮＢ＝（Ｂ（ｅ）－Ｂ（ｓ））を算出する。
制御部５０は、目盛番号差ＮＢを検出したら、図６のステップＳ２０２に進み、下記の（式５）によって位置補正係数ｋ（ｎ）を修正する。
ｋａ（ｎ）＝ｋ（ｎ）×［ＮＢ×ｐ］／Ｌｒ ・・・・・（式５）
制御部５０は、先に説明した実施形態と同様、修正した位置補正係数ｋａ（ｎ）を用いてリニアスケール３３によって検出したボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１の中心線３１ａの位置、または、カメラ側エンコーダヘッド３２の中心線３２ａの位置を補正する。また、リニアスケール３３で検出した各エンコーダヘッド３１、３２の移動距離を修正した位置補正係数ｋａ（ｎ）を用いて修正し、ベース１０の移動量或いは移動距離を制御する。
本動作は、先に図４、図５を参照して説明した動作と同様、ボンディングヘッド２０、カメラ２５の位置検出精度を向上させて電子部品の実装精度が低下することを抑制することができる。なお、上記の説明では、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１によってベース１０が基準位置、停止位置にある際のリニアスケール３３の目盛番号を検出することとして説明したが、カメラ側エンコーダヘッド３２によってベース１０が基準位置、停止位置にある際のリニアスケール３３の目盛番号を検出してもよい。
次に、図６のステップＳ２０１、Ｓ２０２の他の動作について説明する。
本実施形態の実装装置１００は、図７に示すように、位置マークＭｓが基準位置に配置されている第１リファレンス部材６１と、位置マークＭｅが停止位置に配置されている第２リファレンス部材６２を備えている。
制御部５０は、図６のステップＳ２０１において、カメラ２５の光軸２６ｚを第１リファレンス部材６１の位置マークＭｓの位置に合わせ、カメラ側エンコーダヘッド３２によって基準位置におけるリニアスケール３３の目盛番号Ｂ（ｓ）を検出する。次に、制御部５０は、カメラ２５で画像を取得しながら、カメラ２５の光軸２６ｚが位置マークＭｅの位置に来るまでベース１０を移動させる。そして、カメラ２５の光軸２６ｚが位置マークＭｅの停止位置に来たら、カメラ側エンコーダヘッド３２でリニアスケール３３の目盛番号Ｂ（ｅ）を検出する。そして、制御部５０は、基準位置の目盛番号と停止位置の目盛番号の差＝（Ｂ（ｅ）－Ｂ（ｓ））からリファレンス距離Ｌｒだけベース１０が移動した際のリニアスケール３３の目盛番号差ＮＢ＝（Ｂ（ｅ）－Ｂ（ｓ））を算出する。
制御部５０は、先の動作と同様、目盛番号差ＮＢを検出したら、図６のステップＳ２０２に進み、下記の（式５）によって位置補正係数ｋ（ｎ）を修正する。
ｋａ（ｎ）＝ｋ（ｎ）×［ＮＢ×ｐ］／Ｌｒ ・・・・・ （式５）
以上説明したように、先に説明した動作と同様、ボンディングヘッド２０、カメラ２５の位置検出精度を向上させてベース１０の移動精度を向上させることができる。なお、上記の説明では、カメラ側エンコーダヘッド３２によってベース１０が基準位置、停止位置にある際のリニアスケール３３の目盛番号を検出することとして説明したが、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１によってベース１０が基準位置、停止位置にある際のリニアスケール３３の目盛番号を検出してもよい。
本実施形態は、先に説明した実施形態と同様の効果を奏する。
以上説明した実施形態では、カメラ２５の光軸２５ｚを位置マークＭｓ、Ｍｅに合わせることでベース１０をリファレンス距離Ｌｒだけ移動させることとして説明したが、以下のような方法で位置補正係数ｋ（ｎ）の修正を行ってもよい。
カメラ２５の視野に位置マークＭｓが入る位置にベース１０を移動させ、位置マークＭｓの画像を撮像し、カメラ２５の光軸２５ｚと位置マークＭｓとの距離ｄ１を検出する。また、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１によってリニアスケール３３の目盛番号Ｂ（ｓ）を検出する。次に、カメラ２５の視野に位置マークＭｅが入る位置までベース１０を移動させ、カメラ２５で位置マークＭｅの画像を検出し、カメラ２５の光軸２５ｚと位置マークＭｅとの距離ｄ２を検出する。そして、リファレンス距離Ｌｒに距離ｄ１、ｄ２を考慮した距離を近似リファレンス距離Ｌｒ１として取得する。また、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１によってリニアスケール３３の目盛番号Ｂ（ｅ）を検出する。
そして、目盛番号差ＮＢ＝（Ｂ（ｅ）－Ｂ（ｓ））と近似リファレンス距離Ｌｒ１とから、下記の（式６）によって位置補正係数ｋ（ｎ）を修正する。
ｋａ（ｎ）＝ｋ（ｎ）×［ＮＢ×ｐ］／Ｌｒ１ ・・・・・（式６）
なお、ボンディングヘッド側エンコーダヘッド３１に代えてカメラ側エンコーダヘッド３２によってリニアスケール３３の目盛番号Ｂ（ｓ）、Ｂ（ｅ）を検出するようにしてもよい。
以上、説明したように、本実施形態の実装装置１００は、先に説明した実施形態と同様、ボンディングヘッド２０、カメラ２５の位置検出精度を向上させてベース１０の移動精度を向上させることができる。
以上の説明では、実装装置１００を例として本発明の実施形態を説明したが、本発明は、フリップチップボンディング装置あるいはダイボンディング装置に限らず、さまざまな装置に適用することが可能である。例えば、ワイヤボンディング装置、工業用ロボット、搬送装置に適用することができる。搬送又は実装する対象物、対象物の大きさ、対象物の技術分野に限らず、あらゆる装置に適用することができる。
１０ ベース、１１ ガイドレール、１２ リニアモータ、１３ ボンディングステージ、１５ 半導体ダイ、１６ 基板、２０ ボンディングヘッド、２１ ボンディングツール、２２ｚ、３１ａ、３２ａ 中心線、２５ カメラ、２６ｚ 光軸、３１ ボンディングヘッド側エンコーダヘッド、３２ カメラ側エンコーダヘッド、３３ リニアスケール、３４ 目盛、４５ レーザ距離検出器、５０ 制御部、６１、６２ リファレンス部材、１００ 実装装置。

Claims (9)

  1. 対象物に対して移動体を直線移動させる装置であって、
    前記対象物に対して直線移動し、移動方向に既知の間隔で配置された第１位置と第２位置とを有する前記移動体と、
    前記移動体の前記移動方向に沿って配置され、前記移動方向に沿って所定ピッチで複数の目盛が設けられたスケールと、
    前記移動体の前記第１位置に配置され、前記第１位置に対する前記スケールの第１目盛番号を検出する第１検出部と、
    前記移動体の前記第２位置に配置され、前記第２位置に対する前記スケールの第２目盛番号を検出する第２検出部と、
    前記移動体の移動量を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記移動体を前記スケールに沿って移動開始位置から移動終了位置まで移動させながら、逐次、前記第１検出部及び前記第２検出部で前記第１目盛番号及び前記第２目盛番号を検出し、前記第１目盛番号と前記第２目盛番号との差に前記目盛のピッチを掛けて前記第１検出部と前記第２検出部との間の前記スケール上の距離を算出し、算出した前記スケール上の距離に対する前記第１検出部と前記第２検出部の既知の前記間隔の比として前記スケールの位置補正係数を算出すること、
    を特徴とする装置。
  2. 請求項１に記載の装置であって、
    基準位置からの前記移動体の距離を検出する距離検出器を備え、
    前記制御部は、
    前記距離検出器によって前記基準位置からの前記移動体の距離を検出しながら前記移動体を前記移動開始位置から前記移動終了位置まで移動させ、前記移動体の前記移動開始位置における前記スケールの目盛番号と前記移動終了位置における前記スケールの目盛番号とを前記第１検出部または前記第２検出部で検出し、検出した各目盛番号の差を目盛番号差として算出し、前記距離検出器によって検出した前記移動体の前記移動開始位置から前記移動終了位置までの距離に対する前記目盛番号差に前記目盛のピッチを掛けて求めた距離の比を前記位置補正係数に掛けて修正位置補正係数を算出し、
    算出した前記修正位置補正係数を用いて前記スケールで検出した移動距離を修正して前記移動体の移動量を制御すること、
    を特徴とする装置。
  3. 請求項１に記載の装置であって、
    電子部品を実装する実装ステージと、
    前記実装ステージの上に前記移動体の前記移動方向に並べて配置された２つのリファレンス部材であって、それぞれ上面に位置マークが設けられているリファレンス部材と、
    前記移動体に設けられ、前記位置マークの画像を取得する画像取得手段と、を更に備え、
    前記各リファレンス部材は、各前記位置マークが前記移動方向に既知のリファレンス距離だけ離間するように前記実装ステージの上に載置され、
    前記移動開始位置は、一の前記位置マークの画像が前記画像取得手段の光軸となる位置であり、
    前記移動終了位置は、他の前記位置マークの画像が前記画像取得手段の光軸となる位置であり、
    前記制御部は、
    前記移動開始位置から前記移動終了位置まで前記移動体を移動させ、前記移動体の前記移動開始位置における前記スケールの目盛番号と、前記移動終了位置における前記スケールの目盛番号とを前記第１検出部又は前記第２検出部により検出し、検出した各目盛番号の差を目盛番号差として算出し、既知の前記リファレンス距離に対する前記目盛番号差に前記目盛のピッチを掛けて求めた距離の比を前記位置補正係数に掛けて修正位置補正係数を算出し、
    算出した前記修正位置補正係数を用いて前記スケールで検出した移動距離を修正して前記移動体の移動量を制御すること、
    を特徴とする装置。
  4. 請求項１に記載の装置であって、
    前記制御部は、前記スケールの一端からの所定の目盛数毎の前記位置補正係数を算出すること、
    を特徴とする装置。
  5. 請求項２または３に記載の装置であって、
    前記制御部は、前記スケールの一端からの所定の目盛数毎の前記位置補正係数と、前記修正位置補正係数とを算出すること、
    を特徴とする装置。
  6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の装置であって、
    前記移動体は、半導体ダイを前記対象物に搬送する搬送機構であり、
    前記対象物は、搬送された前記半導体ダイが実装される基板又は他の半導体ダイであって、
    前記装置は、前記半導体ダイを前記対象物に実装する実装装置であることを特徴とする、
    装置。
  7. 対象物に対して移動体を直線移動させる方法であって、
    前記対象物に対して直線移動し、移動方向に既知の間隔で配置された第１位置と第２位置とを有する前記移動体と、
    前記移動体の前記移動方向に沿って配置され、前記移動方向に沿って所定ピッチで複数の目盛が設けられたスケールと、
    前記移動体の前記第１位置に配置され、前記第１位置に対する前記スケールの第１目盛番号を検出する第１検出部と、
    前記移動体の前記第２位置に配置され、前記第２位置に対する前記スケールの第２目盛番号を検出する第２検出部と、を備える装置を準備する工程と、
    前記移動体を前記スケールに沿って移動開始位置から移動終了位置まで移動させながら、逐次、前記第１検出部及び前記第２検出部で前記第１目盛番号及び前記第２目盛番号を検出し、前記第１目盛番号と前記第２目盛番号との差に前記目盛のピッチを掛けて前記第１検出部と前記第２検出部との間の前記スケール上の距離を算出し、算出した前記スケール上の距離に対する前記第１検出部と前記第２検出部の既知の前記間隔の比として前記スケールの位置補正係数を算出する工程と、を有すること、
    を特徴とする方法。
  8. 請求項７に記載の方法であって、
    前記装置は、前記移動体の基準位置からの距離を検出する距離検出器を備え、
    前記距離検出器によって前記基準位置からの前記移動体の距離を検出しながら前記移動体を前記移動開始位置から前記移動終了位置まで移動させ、前記移動体の前記移動開始位置における前記スケールの目盛番号と前記移動終了位置における前記スケールの目盛番号とを前記第１検出部または前記第２検出部により検出し、検出した各目盛番号の差を目盛番号差として算出し、前記距離検出器によって検出した前記移動体の前記移動開始位置から前記移動終了位置までの距離に対する前記目盛番号差に前記目盛のピッチを掛けて求めた距離の比を前記位置補正係数に掛けて修正位置補正係数を算出する工程と、
    算出した前記修正位置補正係数を用いて前記スケールで検出した移動距離を修正して前記移動体の移動量を制御する工程と、を含むこと、
    を特徴とする方法。
  9. 請求項７に記載の方法であって、
    前記装置は、電子部品を実装する実装ステージと、上面に位置マークが設けられている２つのリファレンス部材と、前記移動体に取付けられて前記位置マークの画像を取得する画像取得手段と、を更に備え、
    各位置マークが前記移動体の前記移動方向に既知のリファレンス距離だけ離間するように前記実装ステージの上にリファレンス部材を載置する工程と
    一の前記位置マークの画像が前記画像取得手段の光軸となる位置を前記移動開始位置とし、他の前記位置マークの画像が前記画像取得手段の光軸となる位置を前記移動終了位置として前記移動開始位置から前記移動終了位置まで前記移動体を移動させ、前記移動体の前記移動開始位置における前記スケールの目盛番号と、前記移動終了位置における前記スケールの目盛番号とを前記第１検出部又は前記第２検出部により検出し、検出した各目盛番号の差を目盛番号差として算出し、既知の前記リファレンス距離に対する前記目盛番号差に前記目盛のピッチを掛けて求めた距離の比を前記位置補正係数に掛けて修正位置補正係数を算出する工程と、
    算出した前記修正位置補正係数を用いて前記スケールで検出した移動距離を修正して前記移動体の移動量を制御する工程と、を含むこと、
    を特徴とする方法。
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