KR101086097B1 - 얼라이먼트 방법 및 그 방법을 이용한 실장 방법 - Google Patents

Abstract

위치 맞춤용 인식 마크(A, B, C, D)를 이동식 인식 수단(5)으로 판독함으로써 피접합물(2, 4)끼리를 위치 맞춤할 때에, 인식 수단(5)의 완전 정지 전의 이동 중에 인식 마크(A, B, C, D)를 판독하고, 상기 인식 수단(5)의 이동 중의 위치 피드백 신호를 기초로 하여 판독한 마크 인식 위치를 보정하여 인식 마크(A, B, C, D)의 절대 위치를 특정하는 얼라이먼트 방법 및 그 방법을 이용한 실장 방법이다. 높은 얼라이먼트 정밀도를 유지하면서, 이동식 인식 수단(5)의 완전 정지를 위한 정정 시간의 확보를 불필요로 할 수 있어 얼라이먼트 시간, 실장 택트를 대폭으로 단축할 수 있다.

위치 맞춤용 인식 마크, 인식 수단, 피접합물, 스테이지, 헤드

Description

얼라이먼트 방법 및 그 방법을 이용한 실장 방법 {ALIGNMENT METHOD AND MOUNTING METHOD USING THE ALIGNMENT METHOD}

본 발명은 피접합물끼리 위치 맞춤하는 얼라이먼트 방법 및 그 방법을 이용한 실장 방법에 관한 것이다.

피접합물끼리를 접합하기 위해, 예를 들어 칩을 기판에 접합할 때에는 양자의 상대 위치를 정밀도 좋게 맞추어야만 한다. 이 위치 맞춤을 위해서는 적어도 한 쪽의 피접합물측, 통상 양 피접합물측에 위치 맞춤용 인식 마크가 설치되고, 상기 인식 마크의 위치를 카메라 등의 인식 수단으로 판독하여 인식 마크끼리의 위치를 맞추고, 그에 의해 양 피접합물의 상대 위치 관계를 소정의 정밀도 내로 억제하도록 하고 있다.

이와 같은 얼라이먼트에 있어서, 예를 들어 피접합물이 비교적 큰 경우에는 그 양단부 등에 설치된 인식 마크를 인식 수단을 이동시킴으로써 판독하고, 판독 정보를 기초로 하여 양 피접합물을 위치 맞춤해 가도록 하고 있다.

예를 들어 도1에 도시한 바와 같이, 헤드(1)에 보유 지지된 제1 피접합물(2)(예를 들어, 칩)과, 스테이지(3)에 보유 지지된 제2 피접합물(4)(예를 들어, 기판) 사이에 상하 방향으로 시야를 갖는 2시야의 인식 수단(5)을 삽입한다. 2시야 의 인식 수단(5)은, 예를 들어 상하 대략 동일축 상에 2시야의 광학계를 갖고 있다. 2시야의 인식 수단(5)을 이동시켜 제1 피접합물(2)측의 인식 마크(A)와 제2 피접합물(4)측의 인식 마크(C)를 판독한 후, 2시야의 인식 수단(5)을 이동시켜 제1 피접합물(2)측의 인식 마크(B)와 제2 피접합물(4)측의 인식 마크(D)를 판독한다. 이들 판독 정보를 기초로 하여, 예를 들어 스테이지(3)의 위치, 자세를 조정하고, 양 피접합물 사이의 상대 위치 정밀도를 소정의 범위 내로 억제하도록 하고 있다.

이와 같은 얼라이먼트에 있어서, 종래 상하의 인식 마크(A, C)(또는 B, D)를 판독하는 경우, 예를 들어 도2에 도시한 바와 같이 2시야의 인식 수단(5)을 대략 소정 판독 위치(P1)로 이동 후, 인식 수단(5)의 완전 정지까지의 정정 시간(T)을 확보하여, 정정 시간(T)을 경과한 완전 정지 후에 마크 판독을 행함으로써 판독 정밀도를 확보하도록 하고 있었다.

그런데, 상기한 바와 같이 정정 시간(T)을 확보하면, 그 정정 시간(T)에 적어도 0.1 내지 1초 정도를 취하고 있으므로, 얼라이먼트 완료 시간, 나아가서는 양 피접합물의 실장 택트를 단축하기 위해서는 한계가 있었다.

또한, 피접합물의 불완전 정지 상태에서 인식 마크를 촬상하면, 예를 들어 도3에 도시한 바와 같이 완전 정지 상태에서 등록된 위치 맞춤용 인식 마크(E)에 비해, 이동 중에 촬상되는 인식 마크로서는 이동 속도의 영향으로 이동 방향(X)으로 끌어 당겨져 커진 마크(F)로서 인식되는 경우가 있다. 이 현상은 위치 맞춤용 인식 마크(E)를 촬상할 때, 예를 들어 셔터 속도를 약 1/100초 이상으로 하면 발생한다. 이와 같이 확대된 마크(F)의 상태에서 등록된 인식 마크(E)를 기초로 하여 인식시키면, 인식 위치 정밀도가 저하되게 되어 있었다.

그래서, 본 발명의 목적은 높은 얼라이먼트 정밀도를 유지하면서 상기한 바와 같은 정정 시간의 확보를 불필요화하여 얼라이먼트 시간, 실장 택트의 대폭적인 단축이 가능한 얼라이먼트 방법 및 그 방법을 이용한 실장 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 하나의 목적은 얼라이먼트 시간, 실장 택트의 단축을 달성하면서, 인식 마크의 인식 위치 정밀도의 저하를 방지하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 얼라이먼트 방법은 적어도 한 쪽의 피접합물측에 설치된 위치 맞춤용 인식 마크를 이동식 인식 수단으로 판독함으로써 피접합물끼리를 위치 맞춤하는 얼라이먼트 방법이며, 상기 인식 수단의 완전 정지 전의 이동 중에 인식 마크를 판독하고, 상기 인식 수단의 이동 중의 위치 피드백 신호를 기초로 하여 상기 인식 수단에 의해 판독한 마크 인식 위치를 보정하여 인식 마크의 절대 위치를 특정하는 것을 특징으로 하는 방법으로 이루어진다(제1 얼라이먼트 방법). 즉, 인식 수단의 완전 정지 전의 이동 중의 인식 마크 판독이라도, 상기 인식 수단의 이동 중의 위치 피드백 신호, 즉 마크 판독시의 이동축 좌표가 정확하게 피드백되면, 그것을 기초로 하여 마크 판독시의 마크 위치를 보정함으로써 그 때의 실제의 인식 마크의 절대 위치를 정확하게 특정할 수 있게 된다. 이동 중 판독이 가능해짐으로써 종래와 같은 완전 정지 전의 정정 시간의 확보는 불필요해지고, 얼라이먼트 시간, 나아가서는 실장 시간이 대폭 단축된다.

또한, 본 발명은 얼라이먼트 시간, 나아가서는 실장 시간의 대폭적인 단축과 함께, 얼라이먼트 정밀도를 대폭 향상하는 관점으로부터 양 인식 마크를 동기시켜 동시에 판독하는 기본 기술 사상도 제공한다. 즉, 본 발명에 관한 얼라이먼트 방법은 양 피접합물측에 설치된 위치 맞춤용 인식 마크를 양 피접합물 방향에 시야를 갖는 2시야의 인식 수단으로 판독함으로써 피접합물끼리를 위치 맞춤하는 얼라이먼트 방법이며, 상기 양 인식 마크를 동기시켜 동시에 판독하는 것을 특징으로 하는 방법으로 이루어진다(제2 얼라이먼트 방법). 이와 같이 2시야의 인식 수단을 이용하여 양 피접합물측에 설치된 인식 마크를 동기시켜 동시에 판독함으로써, 가령 2시야 광학계가 이동에 의해 진동하여 이동축의 좌표 취입의 오차가 있었다고 해도, 상하의 인식 마크가 동기하여 판독되므로 상대적인 위치 관계가 유지되게 되어, 종래와 같이 축의 정지 정밀도가 플러스되는 데 비해 얼라이먼트 정밀도는 올라간다.

따라서, 본 발명에 관한 상기 제1 얼라이먼트 방법에 있어서도, 상기 이동식 인식 수단에 양 피접합물 방향에 시야를 갖는 인식 수단, 예를 들어 2시야의 인식 수단을 이용하여 각 시야에 대해 인식 수단의 완전 정지 전의 이동 중에 양 피접합물측에 설치된 각 위치 맞춤용 인식 마크를 동기시켜 동시에 판독하고, 상기 인식 수단의 이동 중의 위치 피드백 신호를 기초로 하여 상기 인식 수단에 의해 판독한 각 마크 인식 위치를 보정하고 각 인식 마크의 절대 위치를 특정하는 것이 바람직하다. 절대 위치를 특정할 수 있음으로써 회전 방향(θ 방향)의 보정을 행하는 것도 가능해진다. 이에 의해, 판독 정밀도가 높고 또한 마크의 절대 위치도 인식할 수 있으므로, 더욱 높은 정밀도의 얼라이먼트가 가능하고, 또한 실장 시간의 단축이 가능해진다.

또한, 본 발명에 관한 상기 제1 얼라이먼트 방법에 있어서는, 상기 이동식 인식 수단에 양 피접합물측에 설치된 각 위치 맞춤용 인식 마크를 함께 하방으로부터 판독하는 인식 수단을 이용하여 상기 인식 수단의 완전 정지 전의 이동 중에 각 인식 마크를 판독하고, 상기 인식 수단의 이동 중의 위치 피드백 신호를 기초로 하여 상기 인식 수단에 의해 판독한 각 마크 인식 위치를 보정하여 각 인식 마크의 절대 위치를 특정할 수도 있다. 이 하방에 배치되는 이동식 인식 수단으로서는 2안 카메라를 이용할 수도 있다. 2안 카메라로서는, 카메라의 이동 기구에 일체적으로 조립되어 있는 것, 즉 일정한 위치 관계에서 일체적으로 조립되어 있는 것을 사용할 수 있다. 혹은, 이동 기구에 분리 가능한 2개의 카메라를 조립함으로써 상기 2안 카메라를 구성해도 좋다. 또, 적어도 한 쪽의 피접합물측에 설치된 위치 맞춤용 인식 마크를, 측정파(예를 들어, 가시광이나 적외선 등)를 피접합물 또는/및 상기 피접합물의 받침 부재를 투과시켜 판독하도록 할 수도 있다. 측정파를 투과 가능한 피접합물 또는 피접합물의 받침 부재는 예를 들어 유리로 이루어진다.

상기한 바와 같은 제1 얼라이먼트 방법에 있어서는, 이동식 인식 수단의 렌즈의 수차를 소프트 보정하여 판독하는 것이 바람직하다. 이동식 인식 수단으로서 렌즈를 구비한 카메라 기구를 갖는 것을 사용하는 경우, 단순히 이동 중의 완전 정지 전에 먼저 판독하면, 마크가 카메라 중심에 아직 도달하지 않았을 때에 판독하 는 경우도 있으므로, 렌즈의 수차, 왜곡이 있으면 위치 인식 오차가 되어 버린다. 그로 인해, 예를 들어 기준 매트릭스 마크를 소프트 매트릭스로 기억해 두게 함으로써 렌즈 왜곡의 보정을 행하면, 렌즈 중앙이 아니라도 정확한 위치를 인식할 수 있게 되어 정밀도에 영향을 주지 않도록 할 수 있다.

상기 제1, 제2 얼라이먼트 방법에 있어서는, 인식 수단을 이용하여 판독할 때, 양 피접합물측에 설치된 인식 마크가 동시에 판독할 수 없는 위치에 부착되어 있을 때에는, 한 쪽의 피접합물측에 설치된 인식 마크를 다른 쪽의 피접합물측에 설치된 인식 마크와 동시 판독 가능한 위치로 피접합물마다 이동시키고, 양 인식 마크를 동기시켜 동시에 판독한 후, 상기 이동한 인식 마크에 대해서는 상기 이동량을 고려하여 보정하고, 상기 인식 마크의 절대 위치를 특정할 수 있다.

이 방법에 있어서는, 동시 판독 가능한 위치로 피접합물을 이동시킬 때, 인식 위치로 피접합물을 먼저 도착시키거나, 또는 이동식 인식 수단과 동시에 도착시키는 것이 바람직하다. 또한, 동시 판독 가능한 위치로 피접합물을 이동시킬 때, 피접합물을 이동시키는 테이블의 완전 정지 전에 테이블의 위치 피드백 신호를 기초로 하여 인식 마크의 절대 위치를 특정하는 것이 바람직하다.

즉, 인식 수단을 정지시키면 정정 시간 동안에는 헌팅하고 있다. 또한, 테이블은 정지하고 있었다고 해도 구조체가 휘어 진동하는 경우가 있으므로, 절대 위치의 인식 정밀도에 영향을 미친다. 따라서, 정지시키는 것보다는 오히려 일정 속도로 이동 중이면 진동은 일어나지 않고, 위치 피드백 신호만 정확하게 인식하고 있다면, 절대 위치의 인식 정밀도는 향상된다. 또한, 피접합물을 마크 동시 인식 할 수 있는 위치로 이동시키는 경우에는, 피접합물의 이동은 인식 수단이 인식 위치에 도착해 있기 이전에 완료해야만 한다. 피접합물의 이동이 지연되면 인식 수단은 정지하여 기다릴 필요가 있고, 그렇게 하면 상기한 바와 같이 진동이 발생하여 절대 인식 정밀도에 영향을 준다. 그로 인해, 피접합물이 먼저 도착하도록 인식 수단의 이동 타이밍이나 이동 속도를 사전에 조정한다. 또한, 피접합물의 이동 중, 인식 수단도 이동 중에 정확히 판독 위치에서 교차하는 상황이 가장 진동 없이 측정할 수 있는 타이밍이 된다. 이를 사전에 계산하여 이동 타이밍이나 이동 속도를 설정해 두면, 항상 최적의 조건으로 인식이 가능해진다.

또한, 상기 제1, 제2 얼라이먼트 방법에 있어서는, 인식 수단을 이용하여 이동 중에 인식 마크를 판독할 때에, 도3에 도시한 바와 같은 이동 속도의 영향에 의해 이동 방향으로 마크가 확대되어 인식되어 인식 위치 정밀도가 저하되는 것을 방지하기 위해, 인식 수단의 셔터의 노광 시간을 짧게 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 전자 셔터를 이용하여 그 노광 시간을 1/100초 이하, 바람직하게는 1/1000초 이하로 함으로써, 상기한 바와 같은 마크 확대 인식을 방지하는 것이 가능해진다. 단, 전자 셔터의 노광 시간을 예를 들어 1/1000초 이하로 하면, 광량 부족 때문에 화상이 어두워진다. 그래서, 광량을 증대시키기 위해 강한 광원을 사용하는 것을 생각할 수 있지만, 강한 광원에 의한 빛을 많이 취입하면, 예를 들어 도4에 도시한 바와 같이 인식 마크(G)를 촬상하였을 때에 강한 광선이 상하로 꼬리 모양으로 길게 끌리는 것과 같은 줄(H)이 나타나는 스미어 현상이 발생하고, 이 스미어 현상에 의해 인식 위치 정밀도가 저하될 우려가 있다. 그래서 이 스미어 현상 발생의 영 향을 최대한 억제하기 위해, 전자 셔터와 함께 그 노광 시간에 동기하여 발광하는 스토로보를 이용함으로써, 상기 스미어 현상에 의한 줄(H)을 실질적으로 지울 수 있어 인식 위치 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.

본 발명에 관한 실장 방법은 상기한 바와 같은 제1 또는 제2 얼라이먼트 방법을 이용하여 양 피접합물을 위치 맞춤한 후, 한 쪽의 피접합물을 다른 쪽의 피접합물에 실장하는 것을 특징으로 하는 방법으로 이루어진다. 정정 시간을 확보할 필요가 없어 얼라이먼트 시간이 단축되고 있으므로, 실장 택트도 대폭 단축 가능해진다.

상기 한 쪽의 피접합물은 예를 들어 칩으로 이루어지고, 다른 쪽의 피접합물은 예를 들어 기판으로 이루어진다. 단, 본 발명에 있어서 상기 칩이라 함은, 예를 들어 IC 칩, 반도체 칩, 광소자, 표면 실장 부품, 웨이퍼 등 종류나 크기에 관계없이 기판과 접합시키는 측의 모든 형태의 것을 포함한다. 또한, 상기 기판이라 함은, 예를 들어 수지 기판, 유리 기판, 필름 기판, 칩, 웨이퍼 등 종류나 크기에 관계없이 칩과 접합시키는 측의 모든 형태인 것을 포함한다.

또한, 본 발명에 있어서의 인식 수단으로서는, 상술한 바와 같이 예를 들어 상하 양방향에 시야를 갖는 2시야의 인식 수단이나, 양 피접합물의 하방으로 삽입되는 인식 수단(2안 카메라를 포함함)을 이용할 수 있지만, 그 형태로서는 가령 CCD 카메라, 적외선 카메라, X선 카메라, 센서 등, 인식 마크를 인식(또는 촬상)할 수 있는 것이면 어떠한 것도 사용 가능하다.

도1은 본 발명의 일실시 태양에 관한 얼라이먼트 방법을 적용 가능한 실장 장치의 개략 구성도이다.

도2는 이동식 인식 수단에 있어서의 종래의 정정 시간 및 본 발명 방법에 있어서의 마크 인식 타이밍예를 나타내는 특성도이다.

도3은 이동식 인식 수단에 의해 이동 중에 인식 마크를 인식할 때, 마크가 확대되어 인식되는 경우가 있는 것을 나타내는 인식 마크의 평면도이다.

도4는 스미어 현상을 나타내는 인식 마크의 평면도이다.

도5는 이동식 인식 수단에 있어서의 이동축과 시야의 관계의 일예를 나타내는 설명도이다.

도6은 이동식 인식 수단에 있어서의 이동 명령과 이동축 좌표와의 관계의 일예를 나타내는 설명도이다.

도7은 본 발명에 있어서의 한 쪽의 인식 마크 위치를 옮겨 상하 마크를 인식하는 경우의 일예를 나타내는 실장 장치의 개략 구성도이다.

도8은 본 발명의 일실시 태양에 관한 얼라이먼트 방법의 동작 흐름도이다.

도9는 본 발명의 다른 실시 태양에 관한 얼라이먼트 방법의 동작 흐름도이다.

도10은 2시야의 인식 수단의 이동 중에 상하 카메라로 동기시켜 동시에 상하 인식 마크를 반복하여 판독한 경우의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

도11은 도10에 나타내는 특성에 있어서 본 발명에 의해 상하 인식 마크의 상대 위치를 도시한 결과를 나타내는 그래프이다.

도12는 본 발명의 또 다른 실시 태양에 관한 얼라이먼트 방법을 적용 가능한 실장 장치의 개략 구성도이다.

도13은 도12의 다음 동작을 도시하는 실장 장치의 개략 구성도이다.

도14는 본 발명의 또 다른 실시 태양에 관한 얼라이먼트 방법을 적용 가능한 실장 장치의 개략 구성도이다.

도15는 본 발명의 또 다른 실시 태양에 관한 얼라이먼트 방법을 적용 가능한 실장 장치의 개략 정면도이다.

도16은 도15의 장치의 개략 측면도이다.

이하에, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다.

본 발명에 있어서의 기계적 장치 구성으로서는, 예를 들어 도1에 도시한 것과 동등한 것을 사용 가능하다. 본 발명에 있어서는, 도2에 도시한 바와 같이 인식 수단(2시야의 인식 수단)(5)의 이동을 위한 구동 지령을 발하지만, 종래와 같이 완전 정지까지의 정정 시간(T)을 설정하지 않고, 이동 중에 인식 마크(A, C)(또는 B, D)의 판독이 행해져, 예를 들어 도2에 있어서의 P2점에서 판독이 행해진다.

이 판독을 위한 위치 P2점은 인식 마크의 화상 판독이 가능한 범위 내에 있으면 된다. 예를 들어 도5에 도시한 바와 같이, 인식 수단 이동 기구 혹은 인식 수단 위치 검출 기구 중에 설치된 인코더나 자기 스케일 등에 의한 인식 수단의 이동 중의 이동축 좌표(11)에 대해, 인식 수단의 시야(12)(시야의 중심)가 인식 마크(13)의 화상을 판독 가능한 위치(14)에 오면, 판독을 개시할 수 있다.

이 때, 도6에 도시한 바와 같이 시간축에 관하여 이동 명령과, 이동 위치(이동축 좌표)가 어긋나 있었다고 해도, 화상 판독시의 이동축 좌표 위치까지 정확하게 피드백할 수 있으면, 그 피드백 신호를 기초로 하여 판독시의 인식 마크 판독 위치를 실제의 인식 마크의 절대 위치로 정확하게 보정 연산하는 것이 가능하다. 이와 같은 보정을 행함으로써, 이동 중의 판독에도 불구하고 각 인식 마크의 절대 위치를 정밀도 좋게 특정할 수 있어, 그 결과를 기초로 하여 피접합물끼리를 고정밀도로 위치 맞춤할 수 있다.

특히, 도1에 도시한 바와 같이, 대략 동일축 상에 2시야의 광학계를 갖는 2시야의 인식 수단(5)에 의해 상하의 인식 마크(A, C)(또는 B, D)를 동기시켜 동시에 취입하면, 이동 중 진동 등의 영향을 받는 일 없이 상하 양 인식 마크의 상대 위치 관계를 정밀도 좋게 인식할 수 있어, 그를 기초로 하여 고정밀도의 얼라이먼트를 행할 수 있다.

그와 같은 상태에서는 상하의 인식 마크를 동시에 판독할 수 없는 경우, 예를 들어 한 쪽의 피접합물측에 접착제나 필름 등이 부여되어 있고, 피접합물의 외측에 인식 마크가 부여되어 있는 경우에는 한 쪽의 피접합물측의 인식 마크의 위치를 피접합물마다 소정량 옮김으로써, 상하의 인식 마크의 동시 판독을 가능하게 할 수 있다. 이 강제적으로 옮긴 소정량은 이미 알려진 양이므로, 양 피접합물의 위치 맞춤시에 용이하고 또한 정확하게 보정할 수 있다. 예를 들어 도7에 도시한 바와 같이, 제2 피접합물(4)측의 위치를 인식 마크(A)와 인식 마크(C')가 상하 동일한 위치에 오도록 스테이지(3)를 이동시켜 강제적으로 옮기고, 그 상태에서 상하의 인식 마크(A, C')를 동기하여 동시에 판독하면 된다. 이 강제적으로 옮긴 이동량은 양 피접합물의 위치 맞춤시에 보정하면 된다. 인식 마크(B)와 인식 마크(D')에 대해서도 같은 방법을 적용할 수 있다.

강제 이동시키지 않고 상하의 인식 마크(A, C)(또는 B, D)를 동기시켜서 동시에 판독하는 경우의 동작 흐름(실장까지의 동작 흐름)에 대해 도8에 예시한다. 또한, 상기 강제 이동을 수반하는 경우의 상하 인식 마크(A, C')(또는 B, D')를 동기시켜 동시에 판독하는 경우의 동작 흐름(실장까지의 동작 흐름)에 대해 도9에 예시한다. 도8, 도9에 도시하는 흐름도에서는 2시야의 인식 수단의 이동축 좌표의 인식으로 이동 기구(구동 기구) 중에 설치된 리니어 스케일(인코더)로부터의 피드백 펄스를 이용하고 있다.

도8에 도시하는 흐름도에 있어서는, 제1 피접합물(예를 들어 칩)을 보유 지지한 헤드를 인식 마크 판독 높이로 이동시켜, 2시야의 인식 수단을 제1 피접합물과 제2 피접합물(예를 들어 기판) 사이에 삽입한다. 2시야의 인식 수단의 이동 중, 그 완전 정지 전의 이동축의 인코더 피드백 펄스를 판독하여 마크 인식 위치로서 취입하는 동시에, 2시야의 인식 수단에 있어서의 상하 카메라를 동기시켜 동시에 인식 마크(A, C)의 화상을 판독한다. 또한, 인코더 대신에 테이블에 부착한 리니어 스케일로 피드백 펄스를 판독하면, 인코더로부터 테이블간의 덜걱거림이나 열팽창의 영향을 받지 않고 정확하게 위치 인식할 수 있으므로 바람직하다.

2시야의 인식 수단을 다음 인식 위치로 이동하고, 마찬가지로 2시야의 인식 수단의 이동 중 그 완전 정지 전의 이동축의 인코더 피드백 펄스를 판독 마크 인식 위치로서 취입하는 동시에, 2시야의 인식 수단에 있어서의 상하 카메라를 동기시켜 동시에 인식 마크(B, D)의 화상을 판독한다.

마크 화상 판독 후 2시야의 인식 수단은 퇴피되지만, 상기 마크(A, C)의 인식 위치 및 마크(B, D)의 인식 위치가 상기 화상 판독시 이동축의 피드백 정보를 기초로 하여 보정 연산되어, 인식 마크(A, C) 및 인식 마크(B, D)의 절대 위치가 인식된다.

이 절대 위치 인식 정보를 기초로 하여 스테이지가 이동 조정되고, 양 피접합물의 상대 위치 관계가 소정의 정밀도 범위 내에 들어가도록 얼라이먼트가 실행된다. 위치 맞춤 후, 헤드가 하강되어 제1 피접합물의 제2 피접합물에의 실장이 행해진다. 실장 후에, 헤드가 상승되어 일련의 실장 동작이 완료된다.

도9에 도시하는 흐름도에 있어서는, 제1 피접합물(예를 들어 칩)을 보유 지지한 헤드를 인식 마크 판독 높이로 이동시켜, 2시야의 인식 수단을 제1 피접합물과 제2 피접합물(예를 들어 기판) 사이에 삽입한다. 스테이지를 인식 마크(C')가 인식 마크(A)와 상하 동일한 시야로 취입하도록 이동된다. 마크 이동 후, 2시야의 인식 수단의 이동 중, 그 완전 정지 전의 이동축의 인코더 피드백 펄스를 판독 마크 인식 위치로서 취입하는 동시에, 2시야의 인식 수단에 있어서의 상하 카메라를 동기시켜 동시에 인식 마크(A, C')의 화상을 판독한다. 이 경우에 있어서도, 카메라의 이동 시간에 대해 스테이지측의 완전 정지가 어려운 경우에는, 스테이지측 테이블 상의 인코더 피드백 펄스도 판독하는 것이 바람직하다. 또한, 인코더 대신에 리니어 스케일 쪽이 보다 바람직하다.

상기한 바와 같이 상하 카메라를 동기시켜서 동시에 인식 마크(A, C')의 화상을 판독한 데이터의 예를 도10, 도11에 나타낸다. 도10에 2시야의 인식 수단의 이동 중 상하 카메라를 동기시켜 동시에 인식 마크(A, C')의 화상을 판독하는 동작을 반복한 경우의 기준 위치로부터의 화상 판독 위치의 데이터를 나타낸다. 도10에 도시한 바와 같이, 동일 좌표에서 반복하여 측정을 행해도, 2시야의 인식 수단의 이동 중에는 상부 카메라(A) 또는 하부 카메라(C') 단일 부재의 화상 판독 위치는 안정되지 않아, 약 8 ㎛의 변동이 발생하였다. 즉, 이 조건으로 실장을 행하면, 약 8 ㎛의 변동이 발생한다. 그러나, 상기한 바와 같이 상하 카메라를 동기시켜 동시에 인식 마크(A, C')의 화상을 판독하여 얼라이먼트하는 경우, 인식 마크(A, C')의 상대 위치를 비교해 보면 도11에 도시한 바와 같이 되고, 상대 오차를 약 0.6 ㎛ 이하로 검출할 수 있게 되어 대폭 정밀도를 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 인코더 피드백 펄스를 판독함으로써, 이 약 8 ㎛의 변동도 절대 위치로서 인식하여 캔슬할 수 있다. 그로 인해, 회전 중심의 절대 위치가 필요해져 θ 보정을 수반하는 얼라이먼트시에도 정밀도를 확보할 수 있다.

또한, 스테이지를 인식 마크(D')가 인식 마크(B)와 상하 동일한 시야로 판독하도록 이동하는 동시에, 2시야의 인식 수단을 그 다음 인식 위치로 이동한다. 그리고, 상기와 마찬가지로 2시야의 인식 수단의 이동 중, 그 완전 정지 전의 이동축의 인코더 피드백 펄스를 판독 마크 인식으로서 취입하는 동시에, 2시야의 인식 수단에 있어서의 상하 카메라를 동기시켜 동시에 인식 마크(B, D)'의 화상을 판독한다.

마크 화상 취입 후 2시야의 인식 수단은 퇴피되지만, 상기 마크(A, C')의 인식 위치 및 마크(B, D)'의 인식 위치가 상기 화상 판독시 이동축의 피드백 정보를 기초로 하여 보정 연산되어, 인식 마크(A, C') 및 인식 마크(B, D)'의 절대 위치가 인식된다.

이 절대 위치 인식 정보를 기초로 하여 스테이지가 이동 조정되고, 양 피접합물의 상대 위치 관계가 소정의 정밀도 범위 내에 들어가도록 얼라이먼트가 실행된다. 위치 맞춤 후, 헤드가 하강되어 제1 피접합물의 제2 피접합물에의 실장이 행해진다. 실장 후에, 헤드가 상승되어 일련의 실장 동작이 완료된다.

도8, 도9 중 어디에 도시한 동작에 있어서도, 인식 수단의 이동 중에 마크 화상을 판독하여 완전 정지를 위한 정정 시간을 설정할 필요가 없으므로, 얼라이먼트 시간, 실장 택트가 대폭으로 단축된다. 또한, 화상 판독시 이동축의 피드백 정보를 기초로 하는 보정 연산에 의해 인식 마크의 절대 위치를 정확하게 인식할 수 있으므로, 높은 얼라이먼트 정밀도를 동시에 확보할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 인식 마크의 판독시에 전자 셔터를 이용하여 노광 시간을 짧게 하면, 도3에 도시한 바와 같은 판독 마크 확대 현상을 방지할 수 있고, 또한 짧은 노광 시간으로 하기 위해 강한 광원을 사용할 때에도 노광에 동기시켜 스토로보 발광시키면, 도4에 도시한 바와 같은 스미어 현상의 발생을 최대한 억제할 수 있게 되어, 한층 높은 인식 위치 정밀도를 달성할 수 있다.

이와 같은 고정밀도로 단시간에 행할 수 있는 효율이 좋은 본 발명에 관한 얼라이먼트 방법 및 그 방법을 이용한 실장 방법은 또 다른 형태를 채용할 수도 있다. 예를 들어 도12, 도13은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 관한 얼라이먼트 방법을 적용한 실장 장치를 도시하고 있다. 도12에 있어서, 헤드(1)에 보유 지지된 제1 피접합물(2)(예를 들어, 칩)의 하면에는 위치 맞춤용 인식 마크(A, B)가 부착되어 있고, 스테이지(3)에 보유 지지된 제2 피접합물(4)(예를 들어, 기판)의 하면에는 위치 맞춤용 인식 마크(C, D)가 부착되어 있다. 제2 피접합물(4)은 스테이지(3)로부터 비어져 나온 상태에서는 비어져 나온 부분은 스테이지(3)측의 받침 부재(6)에 의해 지지되어 있고, 이 부분의 하면에 인식 마크(C, D)가 부착되어 있다. 받침 부재(6)는 측정파가 투과 가능한 유리로 이루어져 있지만, 유리 이외에 적외선이나 X선 등의 측정파가 투과 가능한 재질로 구성하는 것도 가능하다. 양 피접합물(2, 3)의 하방에 인식 수단(7)이 이동 제어 가능하게 설치되어 있다. 본 실시예에서는, 인식 수단(7)은 상방에의 시야만을 갖는 1시야의 인식 수단으로 이루어진다. 또한, 헤드(1)는 상하 방향(Z 방향)으로 이동 가능하게, 스테이지(3)는 수평 방향(X, Y 방향) 및 회전 방향(θ 방향)으로 이동 가능하게, 인식 수단(7)은 X, Y, Z 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 실장 장치에서는, 예를 들어 다음과 같은 스텝 순으로 얼라이먼트 및 실장이 행해진다.

① 도12에 도시한 바와 같이, 헤드(1)에 보유 지지된 제1 피접합물(2)의 하부에 인식 수단(7)을 인식 마크(A)가 하방으로부터 시야에 들어가는 위치로 이동시킨다.

② 제1 피접합물(2)측의 인식 마크(A)를 판독한다.

③ 인식 수단(7)을 이동시켜 제1 피접합물(2)측의 인식 마크(B)를 판독한다.

④ 도13에 도시한 바와 같이, 제2 피접합물(4)의 인식을 위해 스테이지(3)를 이동시키고, 또한 인식 수단(7)을 인식 마크(C)가 하방으로부터 시야에 들어가는 위치로 이동시킨다.

⑤ 제2 피접합물(4)측의 인식 마크(C)를 판독한다.

⑥ 인식 수단(7)을 이동시켜 제2 피접합물(4)측의 인식 마크(D)를 판독한다.

⑦ 마크(A, B, C, D)의 판독 결과로부터 보정 연산을 처리한다.

⑧ 스테이지(3)의 위치, 자세를 조정하여 양 피접합물(3, 4) 사이의 상대 위치 정밀도를 소정의 범위 내로 제어한다.

⑨ 헤드(1)를 하강시켜 실장하고, 실장 후에는 헤드(1)를 상승시킨다.

이들 동작 스텝의 순서는, 예를 들어 상기 스텝 ① 내지 ⑥에 있어서 임의로 변경하는 것도 가능하다.

도14는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 관한 얼라이먼트 방법을 적용한 실장 장치를 도시하고 있다. 도14에 도시하는 장치에서는, 도12에 도시한 형태와 마찬가지로 헤드(1)에 보유 지지된 제1 피접합물(2)(예를 들어, 칩)의 하면에는 위치 맞춤용 인식 마크(A, B)가 부착되어 있고, 스테이지(3)와 받침 부재(6)에 보유 지지된 제2 피접합물(4)(예를 들어, 기판)의 하면에는 위치 맞춤용 인식 마크(C, D)가 부착되어 있다. 양 피접합물(2, 3)의 하방에 2안(8a, 8b)을 구비한 2안 카메라로 이루어지는 인식 수단(8)이 이동 제어 가능하게 설치되어 있고, 이 2안 카메라는 이동 제어 가능한 인식 수단(8)에, 즉 이동 기구 중에 소정의 상대 위치 관계로 고정된 상태에서 일체적으로 조립되어 있다.

이와 같이 구성된 실장 장치에서는, 예를 들어 다음과 같은 스텝 순으로 얼라이먼트 및 실장이 행해진다.

① 헤드(1)에 보유 지지된 제1 피접합물(2)의 하부에 2안 카메라로 이루어지는 인식 수단(8)을 인식 마크(A)가 하방으로부터 시야에 들어가는 위치로 이동시킨다.

② 제1 피접합물(2)측의 인식 마크(A)와, 제2 피접합물(4)측의 인식 마크(C)를 동시에 판독한다.

③ 인식 수단(8)을 이동시켜[인식 마크의 위치 관계에 따라서는 스테이지(3)도 이동시켜] 제1 피접합물(2)측의 인식 마크(B)와, 제2 피접합물(4)측의 인식 마크(D)를 동시에 판독한다.

④ 마크(A, B, C, D)의 판독 결과로부터 보정 연산을 처리한다.

⑤ 스테이지(3)의 위치, 자세를 조정하여 양 피접합물(3, 4) 사이의 상대 위치 정밀도를 소정의 범위 내로 제어한다.

⑥ 헤드(1)를 하강시켜 실장하고, 실장 후에는 헤드(1)를 상승시킨다.

또, 상기 스텝 ②와 스텝 ③이 교체되어도 좋다.

도15, 도16은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 관한 얼라이먼트 방법을 적용한 실장 장치를 도시하고 있다. 도15, 도16에 도시하는 장치에 있어서는, 도12에 도시한 형태와 마찬가지로 헤드(1)에 보유 지지된 제1 피접합물(2)(예를 들어, 칩)의 하면에는 위치 맞춤용 인식 마크(A, B)가 부착되어 있고, 스테이지(3)와 받침 부재(6)에 보유 지지된 제2 피접합물(4)(예를 들어, 기판)의 하면에는 위치 맞춤용 인식 마크(C, D)가 부착되어 있다. 양 피접합물(2, 3)의 하방에 이동 기구에 분리 가능한 2개의 카메라(9a, 9b)를 조립함으로써 상기 2안 카메라가 구성된 인식 수단(9)이 이동 제어 가능하게 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 실장 장치에서는, 예를 들어 다음과 같은 스텝 순으로 얼라이먼트 및 실장이 행해진다.

① 헤드(1)에 보유 지지된 제1 피접합물(2)의 하부에 2카메라 분리형의 2안 카메라로 이루어지는 인식 수단(9)을 인식 마크(A)가 하방으로부터 시야로 들어가는 위치로 이동시킨다.

② 제1 피접합물(2)측의 인식 마크(A)와 인식 마크(B)를 동시에 판독한다.

③ 제2 피접합물(4)의 인식을 위해 스테이지(3)를 이동시키고, 또한 인식 수단(9)을 제2 피접합물(4)측의 인식 마크(C)가 하방으로부터 시야에 들어가는 위치로 이동시킨다.

④ 제2 피접합물(4)측의 인식 마크(C)와 인식 마크(D)를 동시에 판독한다. 단, 제1 피접합물(2)측의 인식 마크(A, B) 사이의 상대 위치 관계와 제2 피접합물(4)측의 인식 마크(C, D) 사이의 상대 위치 관계가 다른 경우에는 인식 수단(9)에 있어서의 한 쪽의 카메라를 이동시킨 후에 판독한다.

⑤ 마크(A, B, C, D)의 판독 결과로부터 보정 연산을 처리한다.

⑥ 스테이지(3)의 위치, 자세를 조정하여 양 피접합물(3, 4)간의 상대 위치 정밀도를 소정의 범위 내로 제어한다.

⑦ 헤드(1)를 하강시켜 실장하고, 실장 후에는 헤드(1)를 상승시킨다.

또, 상기 스텝 ②와 스텝 ③이 교체되어도 좋다.

이와 같이, 본 발명에 관한 얼라이먼트 방법 및 그 방법을 이용한 실장 방법은 각종 형태를 취할 수 있다. 본 발명에 관한 얼라이먼트 방법 및 그 방법을 이용한 실장 방법에 따르면, 상하 동시에 얼라이먼트 마크를 판독함으로써 종래보다 정밀도가 향상되고, 또한 이동식 인식 수단의 완전 정지를 위한 정정 시간의 확보를 불필요화할 수 있어 얼라이먼트 시간, 실장 택트를 대폭 단축할 수 있다. 또한, 인식 마크의 판독시 전자 셔터나 스토로보를 이용하면, 한층 높은 인식 위치 정밀도를 달성할 수 있다.

본 발명에 관한 얼라이먼트 방법 및 그 방법을 이용한 실장 방법은 모든 피접합물끼리의 위치 맞춤 및 위치 맞춤된 피접합물끼리의 실장에 적용할 수 있고, 고정밀도에서의 실장이 가능해지는 동시에, 얼라이먼트 시간, 실장 택트를 대폭 단축할 수 있다.

Claims (50)

1. 적어도 한 쪽의 피접합물측에 설치된 위치 맞춤용 인식 마크를 이동식 인식 수단으로 판독함으로써 피접합물끼리 위치 맞춤하는 얼라이먼트 방법이며, 상기 인식 수단의 완전 정지 전의 이동 중에 인식 마크를 판독하고, 상기 인식 수단의 이동 중의 위치 피드백 신호를 기초로 하여 상기 인식 수단에 의해 판독한 마크 인식 위치를 보정하여 인식 마크의 절대 위치를 특정하는 것을 특징으로 하는 얼라이먼트 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 이동식 인식 수단에 양 피접합물 방향에 시야를 갖는 2시야의 인식 수단을 이용하여 각 시야에 대해 인식 수단의 완전 정지 전의 이동 중에 양 피접합물측에 설치된 각 위치 맞춤용 인식 마크를, 2시야의 인식 수단으로 동시 판독 가능한 위치에서, 인식 수단의 2시야의 작동 시기를 동기시켜 판독하고, 상기 인식 수단의 이동 중의 위치 피드백 신호를 기초로 하여 상기 인식 수단에 의해 판독한 각 마크 인식 위치를 보정하여 각 인식 마크의 절대 위치를 특정하는 얼라이먼트 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 이동식 인식 수단에 양 피접합물측에 설치된 각 위치 맞춤용 인식 마크를 동시에 하방으로부터 판독하는 인식 수단을 이용하여 상기 인식 수단의 완전 정지 전의 이동 중에 각 인식 마크를 판독하고, 상기 인식 수단의 이동 중의 위치 피드백 신호를 기초로 하여 상기 인식 수단에 의해 판독한 각 마크 인식 위치를 보정하여 각 인식 마크의 절대 위치를 특정하는 얼라이먼트 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 이동식 인식 수단에 2안 카메라를 이용하는 얼라이먼트 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 2안 카메라가 이동 기구에 일체적으로 조립되어 있는 얼라이먼트 방법.
6. 제4항에 있어서, 이동 기구에 분리 가능한 2개의 카메라를 조립함으로써 상기 2안 카메라가 구성되어 있는 얼라이먼트 방법.
7. 제3항에 있어서, 적어도 한 쪽의 피접합물측에 설치된 위치 맞춤용 인식 마크를, 측정파를 피접합물 및 상기 피접합물의 받침 부재 중 하나 이상을 투과시켜 판독하는 얼라이먼트 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 이동식 인식 수단의 렌즈의 수차를 소프트 보정하여 판독하는 얼라이먼트 방법.
9. 제1항에 있어서, 양 피접합물측에 설치된 인식 마크가 동시에 판독할 수 없는 위치에 부착되어 있을 때, 한 쪽 피접합물측에 설치된 인식 마크를 다른 쪽 피접합물측에 설치된 인식 마크와 동시 판독 가능한 위치로 피접합물마다 이동시켜 양 인식 마크를, 2시야의 인식 수단으로 동시 판독 가능한 위치에서, 인식 수단의 2시야의 작동 시기를 동기시켜 판독한 후, 상기 이동한 인식 마크에 대해서는 상기 이동된 인식 마크가 설치된 피접합물의 이동량을 고려하여 보정하고, 상기 인식 마크의 절대 위치를 특정하는 얼라이먼트 방법.
10. 제9항에 있어서, 동시 판독 가능한 위치로 피접합물을 이동시킬 때, 인식 위치로 피접합물을 먼저 도착시키는 얼라이먼트 방법.
11. 제9항에 있어서, 동시 판독 가능한 위치로 피접합물을 이동시킬 때, 인식 위치로 피접합물을 이동식 인식 수단과 동시에 도착시키는 얼라이먼트 방법.
12. 제9항에 있어서, 동시 판독 가능한 위치로 피접합물을 이동시킬 때, 피접합물을 이동시키는 테이블의 완전 정지 전에 테이블의 위치 피드백 신호를 기초로 하여 인식 마크의 절대 위치를 특정하는 얼라이먼트 방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 이동식 인식 수단으로 피접합물측에 설치된 각 위치 맞춤용 인식 마크를 판독할 때, 전자 셔터에 의해 노광 시간을 제어하는 얼라이먼트 방법.
14. 제13항에 있어서, 전자 셔터에 의한 노광 시간에 동기시켜 스토로보 발광시 키는 얼라이먼트 방법.
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26. 적어도 한 쪽의 피접합물측에 설치된 위치 맞춤용 인식 마크를 이동식 인식 수단으로 판독함으로써 피접합물끼리를 위치 맞춤할 때, 상기 인식 수단의 완전 정지 전의 이동 중에 인식 마크를 판독하고, 상기 인식 수단의 이동 중의 위치 피드백 신호를 기초로 하여 상기 인식 수단에 의해 판독한 마크 인식 위치를 보정하여 인식 마크의 절대 위치를 특정하는 얼라이먼트 방법을 이용하여 양 피접합물을 위치 맞춤한 후, 한 쪽의 피접합물을 다른 쪽의 피접합물에 실장하는 것을 특징으로 하는 실장 방법.
27. 제26항에 있어서, 상기 이동식 인식 수단에 양 피접합물 방향에 시야를 갖는 2시야의 인식 수단을 이용하여 각 시야에 대해 인식 수단의 완전 정지 전의 이동 중에 양 피접합물측에 설치된 각 위치 맞춤용 인식 마크를, 2시야의 인식 수단으로 동시 판독 가능한 위치에서, 인식 수단의 2시야의 작동 시기를 동기시켜 판독하고, 상기 인식 수단의 이동 중의 위치 피드백 신호를 기초로 하여 상기 인식 수단에 의해 판독한 각 마크 인식 위치를 보정하여 각 인식 마크의 절대 위치를 특정하는 실장 방법.
28. 제26항에 있어서, 상기 이동식 인식 수단에 양 피접합물측에 설치된 각 위치 맞춤용 인식 마크를 동시에 하방으로부터 판독하는 인식 수단을 이용하여 상기 인식 수단의 완전 정지 전의 이동 중에 각 인식 마크를 판독하고, 상기 인식 수단의 이동 중의 위치 피드백 신호를 기초로 하여 상기 인식 수단에 의해 판독한 각 마크 인식 위치를 보정하여 각 인식 마크의 절대 위치를 특정하는 실장 방법.
29. 제28항에 있어서, 상기 이동식 인식 수단에 2안 카메라를 이용하는 실장 방법.
30. 제29항에 있어서, 상기 2안 카메라가 이동 기구에 일체적으로 조립되어 있는 실장 방법.
31. 제29항에 있어서, 이동 기구에 분리 가능한 2개의 카메라를 조립함으로써 상기 2안 카메라가 구성되어 있는 실장 방법.
32. 제28항에 있어서, 적어도 한 쪽의 피접합물측에 설치된 위치 맞춤용 인식 마크를, 측정파를 피접합물 및 상기 피접합물의 받침 부재 중 하나 이상을 투과시켜 판독하는 실장 방법.
33. 제26항에 있어서, 상기 이동식 인식 수단의 렌즈의 수차를 소프트 보정하여 판독하는 실장 방법.
34. 제26항에 있어서, 양 피접합물측에 설치된 인식 마크가 동시에 판독할 수 없는 위치에 부착되어 있을 때, 한 쪽의 피접합물측에 설치된 인식 마크를 다른 쪽의 피접합물측에 설치된 인식 마크와 동시 판독 가능한 위치로 피접합물마다 이동시키고, 양 인식 마크를, 2시야의 인식 수단으로 동시 판독 가능한 위치에서, 인식 수단의 2시야의 작동 시기를 동기시켜 판독한 후, 상기 이동한 인식 마크에 대해서는 상기 이동된 인식 마크가 설치된 피접합물의 이동량을 고려하여 보정하고, 상기 인식 마크의 절대 위치를 특정하는 실장 방법.
35. 제34항에 있어서, 동시 판독 가능한 위치로 피접합물을 이동시킬 때, 인식 위치로 피접합물을 먼저 도착시키는 실장 방법.
36. 제34항에 있어서, 동시 판독 가능한 위치로 피접합물을 이동시킬 때, 인식 위치로 피접합물을 이동식 인식 수단과 동시에 도착시키는 실장 방법.
37. 제34항에 있어서, 동시 판독 가능한 위치로 피접합물을 이동시킬 때, 피접합물을 이동시키는 테이블의 완전 정지 전에 테이블의 위치 피드백 신호를 기초로 하여 인식 마크의 절대 위치를 특정하는 실장 방법.
38. 제26항에 있어서, 상기 이동식 인식 수단으로 피접합물측에 설치된 각 위치 맞춤용 인식 마크를 판독할 때, 전자 셔터에 의해 노광 시간을 제어하는 실장 방법.
39. 제38항에 있어서, 전자 셔터에 의한 노광 시간에 동기시켜 스토로보 발광시키는 실장 방법.
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