KR101972363B1 - 실장 장치 및 측정 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 신가와
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Abstract

전자부품을 기판에 실장하는 실장 장치는 전자부품을 선단면인 유지면(14a)으로 유지하는 실장 툴(14)과, 실장 툴(14)을 기판에 대하여 상대적으로 이동시키는 이동 기구와, 유지면(14a)에 유지된 평판 형상의 측정 지그(64)의 기울기를 측정하는 각도 검출 기구와, 실장 장치의 구동을 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는, 유지면(14a)의 검사 시에, 실장 툴(14)에 측정 지그(64)를 유지시킴과 아울러, 각도 검출 기구에 측정 지그(64)의 기울기를 측정시킨다. 이것에 의해, 실장 툴의 유지면의 상태를 보다 정확하게 측정할 수 있는 실장 장치를 제공한다.

Description

실장 장치 및 측정 방법{MOUNTING DEVICE AND MEASUREMENT METHOD}
본 발명은 전자부품을 기판에 실장하는 실장 장치, 및 실장 장치에서 전자부품을 유지하는 실장 툴의 유지면의 상태를 측정하는 측정 방법에 관한 것이다.
최근, 전자 장치의 고성능화, 고기능화에 따라, 당해 전자 장치를 구성하는 전자부품에 대해서도 여러 기능을 담당하게 하여 전자부품 자체가 대형화해도 전자 장치로서의 소형 고기능화를 도모하는 어프로치가 이루어지고 있다. 이것에 따라, 전자부품을 기판에 실장할 때는, 범프와 전극 간의 적합한 접합 상태를 얻기 위하여, 어느 정도 이상의 영역에 분산하여 배치된 범프 모두가 균등하게 전극에 접하고, 또한 균등한 하중 부가가 이루어지는 것이 요구된다. 또한 최근은 전자부품에 대하여 광학적인 기능을 담당하게 한 것도 사용되어 가고 있어, 당해 전자부품은 광도파로 등이 부가된 회로기판에 대하여 높은 평행도를 유지하고 접합되는 것이 요망된다.
그래서, 종래부터, 전자부품을 기판에 실장하는 실장 장치에 있어서, 전자부품의 실장에 앞서, 당해 전자부품을 유지하는 실장 툴의 유지면의 평행도의 측정이나 기울기의 조정을 하는 것이 제안되었다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 기판 스테이지의 표면에 접촉 핀을 매설하고, 실장부(실장 툴)를 강하시켜서, 전자부품의 흡착면(유지면)의 복수 개소를 접촉 핀 선단에 접촉시켜, 그때의 실장부와 실장 유닛의 상대 이동량을 구하고, 이 상대 이동량에 기초하여 기판 스테이지 흡착면과의 평행도를 수치적으로 얻는 기술이 개시되어 있다. 이러한 기술에 의하면, 비교적 간이하게, 실장 툴의 유지면의 평행도를 측정할 수 있다.
일본 특개 2014-17328호 공보
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그러나, 특허문헌 1의 기술에서는, 실장 툴의 유지면의 특정 개소에만 접촉 핀을 접촉시킨 결과로부터, 유지면의 평행도를 측정하고 있다. 그러나, 통상, 실장 툴의 유지면에는, 부압(負壓) 발생원과 연통하는 흡인 구멍이나, 당해 흡인 구멍과 연통하는 흡인 홈이 형성되어 있다. 특허문헌 1의 기술에 있어서, 접촉 핀이 이 흡인 구멍이나 흡인 홈의 형성 개소에 접촉한 경우, 특허문헌 1의 기술에서는, 유지면의 평행도를 정상적으로 측정할 수 없다. 물론, 접촉 핀이, 흡인 구멍이나 흡인 홈에 접촉하지 않도록, 미리, 실장 툴의 이동 위치를 제어하는 것은 가능하다. 그러나, 흡인 구멍이나 흡인 홈의 위치나 형상은 실장 장치의 기종이나 실장 대상의 전자부품 종류 등에 따라 다양하며, 이 흡인 구멍이나 흡인 홈의 위치나 형상에 따라, 실장 툴의 이동 프로그램을 변경하는 것은 번거로운 일이었다.
또한 특허문헌 1의 기술에서는, 유지면의 평행도는 측정할 수 있지만, 유지면에의 이물 부착은 검출할 수 없다. 즉, 실장 공정의 과정에서, 유지면에는 분진 등의 이물이 부착되는 경우가 있다. 이 이물이 부착된 상태에서, 유지면으로 전자부품을 흡인 유지한 경우, 전자부품은 유지면에 대하여 기울어진 상태가 된다. 이 경우, 유지면의 평행도가 유지되어 있었다고 해도, 전자부품의 평행도는 유지되지 않게 되어, 실장 정밀도의 저하를 초래한다.
그래서, 본 실시형태에서는, 실장 툴의 유지면의 상태를 보다 정확하게 측정할 수 있는 실장 장치, 및 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실장 장치는 전자부품을 기판에 실장하는 실장 장치로서, 전자부품을 선단면인 유지면으로 유지하는 실장 툴과, 실장 툴을 기판에 대하여 상대적으로 이동시키는 이동 기구와, 유지면에 유지된 평판 형상의 측정 지그와, 측정 지그의 기울기를 측정하는 각도 검출 기구와, 실장 장치의 구동을 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는, 유지면의 검사 시에, 실장 툴에 측정 지그를 유지시킴과 아울러, 각도 검출 기구에 측정 지그의 기울기를 측정시키는 것을 특징으로 한다.
적합한 양태에서는, 각도 검출 기구는 유지면을 향하여 돌출하고, 고정된 접촉 핀과, 유지면에 유지된 측정 지그의 표면의 복수 개소에 접촉 핀을 차례로 접촉시켰을 때의 실장 툴의 상대적인 위치 정보에 기초하여, 측정 지그의 기울기를 연산하는 연산부를 구비한다.
다른 적합한 양태에서는, 제어부는 측정된 기울기에 기초하여, 유지면의 기울기를 조정한다. 다른 적합한 양태에서는, 실장 툴은 당해 실장 툴의 자세를 로킹 또는 로킹 해제하는 툴 지지 기구를 더 구비하고 있고, 제어부는 툴 지지 기구에 의한 실장 툴의 자세 로킹을 해제한 상태에서, 측정 지그를 통하여 유지면의 일부를 접촉 핀에 누름으로써, 유지면의 기울기를 조정한다. 다른 적합한 양태에서는, 측정 지그는 유지면 전체를 덮는 사이즈이다.
다른 본 발명인 측정 방법은, 전자부품을 기판에 실장하는 실장 장치를 사용하여, 전자부품을 유지하는 실장 툴의 유지면의 상태를 측정하는 측정 방법으로서, 전자부품을 선단면인 유지면으로 유지하는 실장 툴과, 유지면에 유지된 평판 형상의 측정 지그의 기울기를 측정하는 각도 검출 기구를 포함하는 실장 장치를 준비하는 공정과, 실장 툴의 유지면으로 평판 형상의 측정 지그를 유지하는 공정과, 실장 장치에 탑재된 각도 검출 기구를 사용하여 측정 지그의 기울기를 측정하는 공정과, 유지된 측정 지그의 기울기에 기초하여 유지면의 양부를 판단하는 공정을 구비한다.
본 발명에 의하면, 실장 툴에 측정 지그를 유지시켜, 당해 측정 지그의 기울기를 측정하기 때문에, 실장 툴의 유지면에 형성된 흡인 구멍이나 흡인 홈의 영향을 받지 않아, 유지면의 기울기나 이물의 유무를 측정할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시형태인 실장 장치의 사시도이다.
도 1b는 실장 장치의 주요부 확대도이다.
도 2는 실장 장치의 개략 구성도이다.
도 3은 실장 툴의 정면도이다.
도 4는 도 3의 A-A 단면도이다.
도 5는 툴 지지 기구의 구성을 도시하는 도면이다.
도 6은 유지면의 저면도이다.
도 7은 유지면의 검사 모습을 도시하는 도면이다.
도 8은 유지면의 검사·조정의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 9는 유지면의 검사의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 10은 유지면의 조정의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 11은 종래의 유지면의 검사의 모습을 나타내는 도면이다.
도 12는 종래의 유지면의 검사의 모습을 나타내는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1a는 본 발명의 실시형태인 전자부품의 실장 장치(10)의 사시도, 도 1b는 실장 장치(10)의 주요부 확대도이다. 또한 도 2는 실장 장치의 개략 구성도이며, 도 3은 실장 헤드(12)의 정면도, 도 4는 도 3의 A-A 단면도이다.
실장 장치(10)는 전자부품인 반도체칩을 페이스다운의 상태에서 기판(100) 위에 실장하는 장치이며, 예를 들면, 플립 칩 실장 장치이다. 실장 장치(10)는 실장 툴(14)을 구비한 실장 헤드(12)나, 반도체칩을 실장 툴(14)에 공급하는 칩 공급 수단(도시 생략), 기판(100)이 재치되어 있는 기판 스테이지(50), 기판 스테이지(50)를 XY 방향(수평 방향)으로 이동시키는 XY 스테이지(52) 등을 구비하고 있다.
반도체칩은 칩 공급 수단에 의해 실장 툴(14)에 공급된다. 칩 공급 수단의 구성으로서는 여러가지 생각할 수 있는데, 예를 들면, 웨이퍼 스테이지에 재치된 웨이퍼로부터, 반도체칩을 중계 암으로 픽업하고, 중계 스테이지로 이송하는 것과 같은 구성을 생각할 수 있다. 이 경우, XY 스테이지(52)는 중계 스테이지를 실장 툴(14)의 바로 아래로 이송하고, 실장 툴(14)은 바로 아래에 위치하는 중계 스테이지로부터 반도체칩을 픽업한다.
실장 툴(14)로 반도체칩이 픽업되면, 계속해서, XY 스테이지(52)에 의해, 기판(100)이 실장 툴(14)의 바로 아래로 이송된다. 이 상태가 되면, 실장 툴(14)은 기판(100)을 향하여 하강하여, 선단에 흡인 유지한 반도체칩을 기판(100)에 압착하고, 실장한다.
실장 헤드(12)는 실장 장치(10)의 베이스(11)로부터 다리가 세워진 프레임(54)에 고착되어 있고, 그 수평 위치는 고정으로 되어 있다. 실장 헤드(12)와의 대향 위치에는, 기판(100)을 유지하는 기판 스테이지(50)가 설치되어 있다. 이 기판 스테이지(50)에는, 기판(100)을 가열하는 가열 장치 등이 구비되어 있다. 기판 스테이지(50)는 XY 스테이지(52) 위에 설치되어 있고, 제어부(70)로부터의 지시에 따라, 적당하게 수평 방향으로 이동한다.
또한, 기판 스테이지(50)의 근방에는, 접촉 핀(60)이나, 측정 지그(64)가 재치되는 지그 스테이지(62), 카메라 유닛(66) 등도 설치되어 있다. 접촉 핀(60) 및 측정 지그(64)는 모두 실장 툴(14)의 유지면(14a)의 상태를 검사·조정하기 위해 사용된다.
접촉 핀(60)은 XY 스테이지(52) 중 기판 스테이지(50)의 근방에 설치되어, 상측(즉 실장 툴(14)측)으로 돌출한 핀이다. 이 접촉 핀(60)은 열팽창 계수가 낮은 금속, 예를 들면, 노비나이트(등록상표)의 제품명으로 알려진 주철계 재료로 만들어져 있다. 접촉 핀(60)의 선단은 원추형으로 되어 있고, 실장 툴(14)에 흡인 유지된 측정 지그(64)와 한 점에서 접촉할 수 있도록 되어 있다. 이 접촉 핀(60)과, 연산 처리를 행하는 실장 장치(10)의 제어부(70)가 실장 툴(14)에 유지된 측정 지그(64)의 기울기를 측정하는 각도 검출 기구로서 기능한다.
측정 지그(64)는, 유지면(14a)의 검사 시에, 유지면(14a)으로 흡인 유지되는 플레이트이다. 이 측정 지그(64)는 그 두께가 균일하며, 상면 및 바닥면이 평탄한 평판 형상이고, 실장 툴(14)의 유지면(14a) 전체를 덮을 수 있는 사이즈로 되어 있다. 측정 지그(64)는 열팽창 계수가 낮고, 평면이 형성되기 쉬운 재료, 예를 들면, 유리 등으로 만들어져 있다. 측정 지그(64)는 통상은, XY 스테이지(52) 중, 기판 스테이지(50)의 근방에 배치된 지그 스테이지(62)에 재치되어 있다. 유지면(14a)의 상태를 검사할 때는, 실장 툴(14)에, 이 지그 스테이지(62)로부터 측정 지그(64)를 픽업시켜, 유지시킨다. 그리고, 그 상태에서, 측정 지그(64)를 접촉 핀(60)에 접촉시키고, 접촉했을 때의 실장 툴(14)의 위치 정보에 기초하여, 유지면(14a)의 상태를 검사한다.
또한 기판 스테이지(50)의 측방에는, 실장 툴(14) 및 실장 툴(14)에 유지되어 있는 반도체칩을, 하측으로부터 촬영하기 위한 카메라 유닛(66)이 탑재되어 있다. 이 카메라 유닛(66)과, 접촉 핀(60), 지그 스테이지(62)는 모두, XY 스테이지(52) 위에 설치되어 있고, 제어부(70)로부터 지시에 따라, 적당히, 수평 방향으로 이동한다.
실장 헤드(12)에는, 반도체칩을 흡인 유지하는 실장 툴(14) 이외에, 당해 실장 툴(14)을 하방으로 이동시켜 반도체칩에 하중을 부여하는 제1, 제2 가압 기구나, 실장 툴(14)을 승강 자유롭게 지지하는 지지 기구, 프레임(54)에 고착된 베이스 부재(16) 등을 구비하고 있다.
베이스 부재(16)는 프레임(54)에 고착되어, 그 수평·수직 위치가 고정된 부재이다. 이 베이스 부재(16)에는, 제1 가압 기구를 구성하는 Z축 모터(18)와, 지지 기구의 승강을 가이드하는 Z축 가이드 레일(17) 등이 부착되어 있다.
지지 기구는 실장 툴(14)이나 제2 가압 기구를 연직 방향으로 슬라이드 가능하게 지지하는 것이다. 지지 기구는 Z축 가이드 레일(17)에 조립된 이동체(24)와, 모터 홀더(26), 이동 블록(28) 등을 구비하고 있다. 이 이동체(24)와 모터 홀더(26), 이동 블록(28)은 서로 연결되어 있고 함께 연직 방향으로 슬라이드 이동한다. 모터 홀더(26)는 제2 가압 기구를 구성하는 보이스 코일 모터(이하 「VCM」이라고 함)(30)를 유지하는 부재이다. 이 모터 홀더(26)의 상측에는, 제1 가압 기구를 구성하는 리드 스크루(22)가 나사결합 되는 이동 블록(28)이 설치되어 있다. 리드 스크루(22)의 회전에 따라, 이 이동 블록(28)이 승강하고, 나아가서는, 이동 블록(28)에 연결된 모터 홀더(26)와, 이동체(24), VCM(30), 실장 툴(14)이 승강한다.
제1 가압 기구는 지지 기구마다 실장 툴(14)을 연직 방향으로 이동시키는 이동 기구이며, 반도체칩에 비교적 큰 제1 하중을 부여하는 기구이다. 제1 가압 기구에 의해, 실장 툴(14)이 기판(100)을 향하여 하강하여, 당해 실장 툴(14)의 선단에 흡인 유지된 반도체칩이 기판(100) 위에 눌려진다. 이 때, 반도체칩에 부여되는 하중은 비교적 큰 값, 예를 들면, 10∼500N이다.
제1 가압 기구는, 베이스 부재(16)에 연결된 Z축 모터(18)와, 당해 Z축 모터(18)의 출력축에 커플링(20)을 통하여 연결된 리드 스크루(22)를 구비하고 있다. Z축 모터(18)의 구동에 따라, 리드 스크루(22)가 회전함으로써, 이동 블록(28), 나아가서는, 제2 가압 기구나 실장 툴(14)이 승강한다. 또한, 여기에서 설명한 제1 가압 기구의 구성은 일례이며, 제1 가압 기구는 실장 툴(14)이나 제2 가압 기구, 지지 기구를 함께 연직 방향으로 이동시킬 수 있는 것이면, 그 구성은 한정되지 않는다. 예를 들면, 가압 기구의 구동원으로서 모터가 아니라 에어실린더나 유압 실린더 등을 채용할 수도 있다.
제2 가압 기구는 지지 기구와 실장 툴(14) 사이에 개재되어, 실장 툴(14)을 지지 기구에 대하여 이동시키는 이동 기구이다. 제2 가압 기구는, 제1 가압 기구에 비교하여, 비교적 작은 제2 하중을 반도체칩에 부여한다. 제2 가압 기구에 의해 실장 툴(14)이 기판(100)을 향하여 하강하여, 당해 실장 툴(14)의 선단에 흡인 유지된 반도체칩이 기판(100) 위에 눌려진다. 이 때, 반도체칩에 부여되는 하중은 비교적 작은 값, 예를 들면, 0.1∼50N이다.
제2 가압 기구는 VCM(30)을 구동원으로 한다. VCM(30)은 그 내주면에 영구자석이 배치된 대략 원통형의 고정자(32)와, 당해 고정자(32)의 내측에 당해 고정자(32)와 동심으로 배치된 가동자(34)를 포함하여 구성된다. 고정자(32)는 모터 홀더(26)에 유지되어 있다. 가동자(34)는 그 주위에 코일이 권회된 대략 원통형 부재이며, 코일에의 통전에 의해 고정자(32)에 대하여 축 방향으로 진퇴한다. 또한, 여기에서 설명한 제2 가압 기구의 구성은 일례이며, 제2 가압 기구는, 실장 툴(14)을 지지 기구에 대하여 연직 방향으로 이동시킬 수 있는 것이라면, 그 구성은 한정되지 않는다.
VCM(30)의 가동자(34)에는, 슬라이드 축(36)이 연결되어 있다. 이 슬라이드 축(36)은 가동자(34)와 실장 툴(14) 사이에 개재하는 부재이며, 가동자(34)와 함께 연직 방향으로 이동한다. 지지 기구에는, 이 슬라이드 축(36)의 주위를 덮는 보호 부재(44)가 고착되어 있다. 보호 부재(44)에는, 슬라이드 축(36)보다 약간 큰 직경의 관통구멍이 형성되어 있고, 슬라이드 축(36)은 이 관통구멍 내를 진퇴한다. 슬라이드 축(36)의 선단에는 실장 툴(14)을 자세 가변으로 유지하는 툴 지지 기구(45)가 부착되어 있다.
VCM(30)의 가동자(34)와 모터 홀더(26) 사이에는, 로드 셀(38)이 설치되어 있다. 로드 셀(38)은 실장 툴(14)을 통하여 반도체칩에 부여되는 하중을 검출하기 위한 압력 검출기이다. 제1 가압 기구를 사용하여 비교적 높은 하중을 부여할 때는, VCM(30)의 가동자(34)를 상승시켜, 로드 셀(38)을 모터 홀더(26)에 접촉시켜서, 로드 셀(38)에 예압을 발생시켜 둔다.
지지 기구에는, 또한, 리니어 스케일(42)도 고착되어 있다. 이 리니어 스케일(42)은 슬라이드 축(36), 나아가서는, 실장 툴(14)의 지지 기구에 대한 변위량을 측정한다. 그리고, 이 변위량에 기초하여 실장 툴(14)의 Z축 방향 위치를 검출한다.
툴 지지 기구(45)는 실장 툴(14)을 유지하는 기구이며, 실장 툴(14)의 자세를 로킹 또는 로킹 해제할 수 있다. 도 5는 툴 지지 기구(45)의 구성을 도시하는 개략도이다. 툴 지지 기구(45)는 슬라이드 축(36)에 고착된 고정부(46)와, 당해 고정부(46)에 대하여 가동의 가동부(47)로 대별된다. 고정부(46)의 바닥면은 오목 형상의 구면 형상으로 되어 있다. 또한 이 고정부(46)의 내부에는, 이 오목 형상 구면에 연통하는 공동부(46a)가 형성되어 있고, 이 공동부(46a)는, 또한, 외부에 설치된 펌프(49)에 연통되어 있다. 이 펌프(49)의 구동에 의해, 당해 공동부(46a)에 압축공기가 공급되거나, 공동부가 진공 흡인되거나 한다. 또한, 공동부(46a) 내에는, 가동부(47)를 흡인 유지하는 마그넷(48)도 설치되어 있다.
가동부(47)는 그 상면이 오목 형상 구면에 대응한 볼록 형상의 구면으로 되어 있고, 그 바닥면에는 실장 툴(14)이 부착되어 있다. 이 가동부(47), 나아가서는, 실장 툴(14)의 자세는 공동부(46a)를 진공 흡인함으로써 로킹되고, 공동부(46a)에 압축공기를 공급함으로써 로킹 해제된다. 즉, 공동부(46a)를 진공 흡인하면, 가동부(47)는 이 진공 흡인력 및 마그넷(48)의 자기 흡인력에 의해 고정부(46)의 오목 형상 구면에 밀착되어, 고정되기 때문에, 가동부(47)의 자세는 거의 변경할 수 없다. 한편, 공동부(46a)에 압축공기를 공급하면, 가동부(47)는 마그넷(48)의 자기 흡인력에 저항하여 하방으로 이동한다. 이 때, 마그넷(48)에 의한 자기 흡인력과 압축공기에 의한 반발력이 길항하도록 압축공기의 공급량을 조정함으로써 가동부(47)와 오목 형상 구면 사이에는 미소한 간극이 형성되어, 가동부(47)와 고정부(46) 사이의 슬라이딩 저항이 대폭 저감된다. 그 결과, 가동부(47)는 고정부(46)에 대하여 자유롭게 움직일 수 있어, 그 자세를 자유롭게 변경할 수 있다.
실장 툴(14)은 반도체칩을 흡인 유지하는 부위이다. 이 실장 툴(14)의 선단면은 반도체칩을 흡인 유지하는 유지면(14a)이 된다. 도 6은 이 유지면(14a)의 일례를 도시하는 도면이다. 유지면(14a)에는, 통상, 반도체칩을 흡인하기 위한 1 이상의 흡인 구멍(14b)이 형성되어 있다. 흡인 구멍(14b)은 실장 툴(14)의 외부에 설치된 진공 처리 펌프(도시 생략)와 연통되어 있다. 또한 유지면(14a)에는, 이 흡인 구멍(14b)과 연통하는 흡인 홈(14c)도 형성되어 있다. 또한, 도 6에서는, 흡인 홈(14c)을 대략 H자 형상으로 하고 있지만, 흡인 홈(14c)의 형상은 실장 장치(10)의 기종에 따라 적당히 상이하다.
제어부(70)는 각종 연산 처리를 행하는 CPU(72)나, 각종 데이터나 프로그램을 기억하는 메모리(74), 및 데이터의 입출력을 관리하는 데이터 인터페이스(76) 등을 구비하고 있다. 메모리(74)는 실장 제어를 행하기 위한 프로그램이나, 각종 데이터가 기록된다. 또한 CPU(72)는, 로드 셀(38)이나 리니어 스케일(42) 등의 센서에서 검출된 값에 기초하여 각종 연산을 실행함과 아울러, 메모리(74)에 기억된 프로그램에 따라, 가압 기구나 XY 스테이지(52), 기판 스테이지(50)에 탑재된 히터 등을 구동하기 위한 제어 신호를 데이터 인터페이스(76)를 통하여 출력한다.
이상과 같은 실장 장치(10)에서, 반도체칩을 기판(100)에 실장할 때는, 당연하지만, 실장 툴(14)의 선단에 반도체칩을 흡인 유지하고, 그 상태에서, 반도체칩을 기판(100) 위에 누른다. 이 때, 실장 툴(14)에 유지되어 있는 반도체칩의 표면이 기판(100)과 평행하지 않으면, 반도체칩의 전체면에 균등하게 하중을 걸 수 없어, 실장 정밀도의 저하를 초래한다.
그래서, 종래부터 유지면(14a)의 기울기를 측정하고, 검사하는 기술이 제안되어 있다. 예를 들면, XY 스테이지(52) 위에 기울기 측정용의 센서, 예를 들면, 변위 센서 등을 설치해 두고, 당해 기울기 측정용 센서를 이용하여, 유지면(14a)의 기울기를 측정하는 것이 생각되었다. 그러나, 이러한 기울기 측정용 센서의 추가 설치는 전기 배선의 증가를 초래하여, 전기 배선을 복잡하게 한다. 또한 통상, 반도체칩을 실장할 때는, 기판(100)이나 실장 툴(14)이 고온으로 가열되기 때문에, 기울기 측정용 센서의 설치 개소 주변도 고온으로 되기 쉽다. 이러한 고온 환경하에서, 센서의 정밀도를 유지하기는 어려워, 내열 온도가 높은 센서는 대단히 고액이었다.
그래서, 일부에서는, 유지면(14a)과의 대향면에 접촉 핀을 고정 설치하고, 이 접촉 핀에 유지면(14a)을 접촉시킴으로써 유지면(14a)의 기울기를 측정하는 기술이 제안되었다. 즉, 유지면(14a)의 복수 개소에 접촉 핀을 접촉시키고, 그 접촉했을 때의 실장 툴(14)의 높이 위치에 기초하여, 유지면(14a)의 기울기를 측정하는 것이 제안되었다. 이러한 기술에 의하면, 기울기 측정을 위해, 별도 새로운 센서를 추가할 필요가 없기 때문에, 전기 배선을 간이하게 할 수 있고, 또한 비용을 저감할 수 있다.
그렇지만, 종래의 기술에서는, 접촉 핀을 유지면(14a)에 직접 접촉시키고 있었다. 이 경우, 유지면(14a)의 기울기를 정확하게 검지할 수 없을 우려가 있었다. 즉, 앞서 기술한 바와 같이, 유지면(14a)에는, 통상, 흡인 구멍(14b)이나, 흡인 홈(14c)이 형성되어 있다. 기울기 측정 시에, 접촉 핀(60)의 선단이, 도 11에 도시하는 바와 같이, 이 흡인 구멍(14b)이나 흡인 홈(14c)에 접촉하면, 유지면(14a)의 높이를 정확하게 검출할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
또한 종래의 기술에서는, 접촉 핀(60)을 유지면(14a)의 일부에밖에 접촉시키고 있지 않기 때문에, 유지면(14a)에 먼지 등의 이물이 부착되어 있어도, 검출할 수 없다. 즉, 반도체칩의 실장을 반복하는 과정에서, 유지면(14a)에 먼지 등의 이물이 부착되는 경우가 있다. 도 12에 도시하는 바와 같이, 이 먼지(102)가 부착된 상태에서, 유지면(14a)으로 반도체칩(104)을 흡인하면, 유지면(14a)이 기판(100)에 대하여 평행해도, 반도체칩(104)은 기울게 된다. 이러한 상태에서, 반도체칩을 기판(100)에 압착해도, 하중이 반도체칩(104)의 전면에 균등하게 걸리지 않기 때문에, 실장의 정밀도 악화를 초래하고 있었다.
그래서, 본 실시형태에서는, 이러한 종래기술과 달리, 센서 등을 추가하지 않고, 유지면(14a)의 상태를 확실하게 검지하기 위하여, 측정 지그(64)를 사용하고 있다. 이것에 대하여, 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은 검사의 모습을 나타내는 이미지도이다. 앞서 기술한 바와 같이, 유지면(14a)을 검사할 때는, 유지면(14a)에 측정 지그(64)를 흡인 유지한다. 여기에서, 측정 지그(64)는, 그 두께가 균일하고, 상면 및 하면이 평탄한 평판 형상이다. 따라서, 유지면(14a)에 이물 등이 없으면, 유지면(14a)에 흡인 유지된 측정 지그(64)의 하면은 유지면(14a)과 평행하다. 따라서, 이 측정 지그(64)의 하면의 기울기를 측정함으로써 유지면(14a)의 기울기를 추측할 수 있다.
본 실시형태에서는, 유지면(14a)으로 측정 지그(64)를 흡인 유지한 상태에서, XY 스테이지(52)를 구동시켜, 도 7(a)에 도시하는 바와 같이, 측정 지그(64) 상의 규정의 측정점과 접촉 핀(60)의 선단을 Z축 방향에서 대향, 정렬시킨다. 계속해서, VCM(30)을 동작시켜, 실장 툴(14)을 Z축을 따라 하강시킨다. 그리고, 측정 지그(64)와 접촉 핀의 선단이 접촉하면, 실장 툴(14)의 하강이 정지한다. 리니어 스케일(42)에 의해, 이 하강 정지가 검지되면, 제어부(70)는 측정 지그(64)와 접촉 핀(60)과의 접촉이 발생했다고 판단하고, VCM(30)의 구동을 정지한다. 그리고, 제어부(70)는 접촉 핀(60)과 접촉할 때까지의 실장 툴(14)의 하강량을 측정점의 높이 위치 정보로서 기억한다. 하나의 측정점과 접촉 핀과의 접촉을 검지할 수 있으면, VCM(30)을 구동하여, 실장 툴(14)을 상승시키고, 측정 지그(64)와 접촉 핀(60)을 이간시킨다. 그리고, 이후는, 동일한 접촉·측정을, 다른 측정점에서도 행한다. 또한, 여기에서 측정하는 측정점은 동일 직선 상에 나열되지 않고, 3점 이상이면, 그 위치나 개수는 한정되지 않는다. 그러나, 측정 오차를 적게 하기 위해서는, 복수의 측정점은 떨어져 있는 편이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 직사각 형상의 측정 지그(64)의 네 코너 근방 각각에 하나씩, 합계 4점의 측정점을 설정하고 있다.
모든 측정점에 대하여 높이 위치 정보가 얻어지면, 그것들의 상대적 관계에 기초하여, 측정 지그(64)의 기울기를 산출한다. 예를 들면, 하나의 측정점에서 얻어진 높이 위치 정보를 기준으로 하여, 당해 기준의 높이 위치 정보(실장 툴(14)의 하강량)와 다른 측정점에서의 높이 위치 정보(실장 툴(14)의 하강량)의 차분값을 구한다. 얻어진 각각의 차분값이 미리 정한 임계값 이상인 경우에는, 측정 지그(64)의 평행도가 원하는 값에 도달하지 않았다고 판정한다.
여기에서, 측정 지그(64)의 평행도가 원하는 값에 도달하지 않은 원인으로서는, 실장 툴(14)의 자세가 부적절한 경우와, 실장 툴(14)의 유지면(14a)에 이물이 부착되어 있는 경우의 2가지의 경우를 생각할 수 있다. 이 2가지 중 어느 것이 원인으로 측정 지그(64)가 기울어 있는지를 확인하는 방법으로서는 여러 가지 생각할 수 있다. 예를 들면, XY 스테이지(52)에 설치된 카메라 유닛(66)을 사용하여, 실장 툴(14)의 유지면(14a)을 촬영하고, 얻어진 화상에 기초하여, 이물의 부착의 유무를 확인할 수도 있다. 또한 다른 방법으로서, 측정 지그(64)를 통하여 평행도를 측정한 후에, 측정 지그(64)를 떼어낸 상태에서, 다시 평행도를 측정할 수도 있다. 즉, 유지면(14a)에 직접, 접촉 핀(60)을 접촉시키고, 그때의 실장 툴(14)의 하한량(높이 위치 정보) 등으로부터 유지면(14a)의 평행도를 측정한다. 그 결과, 유지면(14a)의 평행도가 측정 지그(64)의 평행도와 일치하고 있는 경우에는, 실장 툴(14)의 자세 불량이라고 판단할 수 있다. 반대로, 유지면(14a)의 평행도가 측정 지그(64)의 평행도와 크게 괴리되어 있는 경우에는, 실장 툴(14)의 유지면(14a)에 어떠한 이물이 부착되어 있다고 생각할 수 있다. 또한, 실장 툴(14)의 유지면(14a)에 직접, 접촉 핀(60)을 접촉시키는 경우에는, 접촉 핀(60)이 흡인 구멍(14b)이나 흡인 홈(14c)에 접촉하지 않도록, 측정점의 설정을 고려한다.
유지면(14a)에 이물이 부착되어 있다고 판단된 경우에는, 당해 이물을 제거한 다음, 다시, 유지면(14a)에 유지된 측정 지그(64)의 기울기를 측정한다. 또한 실장 툴(14)의 자세 불량이라고 판단된 경우에는, 실장 툴(14)의 자세를 조정한다. 실장 툴(14)의 자세를 조정하는 방법으로서는 몇 가지 생각할 수 있다. 예를 들면, 미리, 기판 스테이지(50)와 평행한 기준면을 준비해 두고, 실장 툴(14)의 자세를 조정할 때는, 실장 툴(14)의 자세 로킹을 해제한 상태에서, 당해 실장 툴(14)의 유지면(14a)을 기준면에 누르도록 할 수도 있다.
또한 다른 방법으로서, 측정 지그(64)를 통하여, 유지면(14a)을 접촉 핀(60)으로 밀어올려 실장 툴(14)의 자세를 조정할 수도 있다. 즉, 측정 지그(64)의 4개의 측정점의 높이 위치 정보로부터, 측정 지그(64)의 중심점에서의 높이를 기준 높이로서 산출한다. 계속해서, 툴 지지 기구(45)에 있어서, 공동부(46a)에의 진공 흡인을 해제하는 한편으로, 압축공기의 공급을 개시하여, 실장 툴(14)의 자세 로킹을 해제한다. 이 상태에서, 4개의 측정점 중, 이 중심점보다도 낮은 측정점의 바로 아래에 접촉 핀(60)을 위치시킨다. 그 상태에서, 실장 툴(14)을 하강시켜, 측정점에 접촉 핀(60)을 누른다. 이 때, 실장 툴(14)의 자세는 로킹 해제되어 있기 때문에, 실장 툴(14)은 측정 지그(64)를 통하여 전해지는 접촉 핀(60)으로부터의 누름력을 받아, 서서히 자세가 변화된다. 그리고, 최종적으로, 접촉점의 높이가 기준 높이(중심점의 높이)에 달하면, 하강을 정지하고, 접촉 핀(60)으로부터 이간시키기 위해 실장 툴(14)을 상승시킨다. 그리고, 동일한 처리를, 기준 높이를 하회한 모든 측정점에 대해서 행한다.
또한, 접촉 핀(60)의 수평 위치가 동일하여도, 측정 지그(64)가 기울기에 따라, 측정 지그(64) 상의 접촉 핀(60)과의 접촉점은 달라지게 된다. 바꾸어 말하면, 측정 지그(64)가 기울어 있는 경우, 미리 설정된 측정점과, 실제의 접촉점 사이에 어긋남이 발생하게 된다. 이러한 어긋남은 기울기의 측정 결과나 상술한 기울기의 조정 결과의 오차의 원인이 된다. 그러나, 접촉 핀(60)을 이용한 측정 지그(64)의 기울기의 측정과 조정을 반복함으로써, 이러한 오차는 서서히 저감시킬 수 있고, 최종적으로, 측정 지그(64)(나아가서는, 유지면(14a))를 기판 스테이지(50)와 평행하게 조정할 수 있다.
다음에 본 실시형태에 있어서의 실장 툴(14)의 유지면(14a)의 상태의 검사와 조정의 흐름에 대하여 도 8∼도 10을 참조하여 설명한다. 도 8∼도 10은, 실장 툴(14)의 유지면(14a)의 상태의 검사와 조정의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
실장 툴(14)의 유지면(14a)의 상태를 검사·조정할 때는, 우선, 실장 툴(14)의 유지면(14a)에 측정 지그(64)를 흡인 유지한다(S10). 계속해서, 그 상태에서, 미리 규정된 4점의 측정점의 높이를 측정한다(S12). 구체적으로는, 우선, XY 스테이지(52)를 구동하고, 측정 지그(64)의 1번째의 측정점의 바로 아래에, 접촉 핀(60)을 이동시킨다(S40, S42). 그 후, 측정 지그(64)가 접촉 핀(60)에 접촉할 때까지 실장 툴(14)을 하강시킨다(S44, S46). 이 접촉은, 예를 들면, 리니어 스케일(42)의 값을 모니터링 함으로써 검지할 수 있다. 측정 지그(64)가 접촉 핀(60)에 접촉하면, 그 시점에서, 실장 툴(14)의 높이 위치를 기억함과 아울러, 실장 툴(14)을 접촉 핀(60)으로부터 이간하기 위해, 상승시키는(S48, S50) 동일한 수순을, 나머지의 3점의 측정점에 대해서도 행하여, 모든 측정점의 높이 위치를 검출할 수 있으면, 스텝 S14로 진행한다.
스텝 S14에서는, 얻어진 4개의 측정점의 높이 위치의 차분값을 산출한다. 그리고, 얻어진 차분값과 미리 규정된 임계값을 비교한다(S16). 비교의 결과, 차분값이 임계값을 밑도는 경우에는, 측정 지그(64) 나아가서는 유지면(14a)은 기판 스테이지(50)와 거의 평행하다고 판단한다. 이 경우에는, 실장 툴(14)에 의한 측정 지그(64)의 유지를 해제한다(S18).
한편, 차분값이 임계값 이상인 경우에는, 유지면(14a)의 상태에 문제가 있다고 판단한다. 이 경우에는, 우선, 유지면(14a)에의 이물의 부착의 유무를 검사한다(S20∼S24). 도 8의 예에서는, 카메라 유닛(66)에서 얻어진 촬상 화상에 기초하여 이물의 유무를 판단하고 있다. 검사의 결과, 유지면(14a)에 이물이 부착되어 있었을 경우에는, 당해 이물을 제거(S30)하고, 측정 지그(64)를 다시 유지한 다음, 스텝 S12로 돌아와, 다시, 유지면의 상태를 검사한다.
유지면(14a)에 이물이 부착되어 있지 않은 경우에는, 실장 툴(14)의 자세가 불량하다고 판단한다. 이 경우에는, 실장 툴(14)로 측정 지그(64)를 유지한 다음(S26), 실장 툴(14)의 자세를 조정한다(S28). 구체적으로는, 우선, 측정된 4개의 측정점의 높이 위치로부터, 측정 지그(64)의 중심점의 높이를 기준 높이로서 산출한다(S60). 계속해서, 첫번째의 측정점의 높이 위치가 이 기준 높이보다 낮은지 아닌지를 판단한다(S62, S64). 판단의 결과, 기준 높이보다 높은 경우에는, 다음 측정점에 대하여, 동일한 판단을 행한다.
한편, 측정점의 높이가 기준 높이보다 낮은 경우에는, 당해 측정점의 바로 아래에 접촉 핀(60)을 이동시킨다(S66). 그리고, 그 상태가 되면, 실장 툴(14)의 하강을 개시함과 아울러, 실장 툴(14)의 자세 로킹을 해제한다(S68). 즉, 툴 지지 기구(45)에 있어서, 공동부(46a)에 압축공기를 공급하여, 가동부(47)와 가동부(47) 사이에 미소 간극을 형성한다. 실장 툴(14)의 하강에 따라, 측정 지그(64)가 접촉 핀(60)에 맞닿으면, 실장 툴(14) 나아가서는 실장 툴(14)을 유지하는 가동부(47)가 모멘트를 받게 된다. 자세 로킹을 해제한 상태에서는, 이 모멘트를 받아, 측정점이 상방향으로 이동하기 때문에, 가동부(47)가 오목 형상 구면을 따라 슬라이딩 해 간다. 그리고 최종적으로, 측정점의 높이 위치가 기준 높이에 도달하면, 실장 툴(14)의 하강을 정지함과 아울러 실장 툴(14)의 자세를 로킹한다(S70, S72). 그리고, 실장 툴(14)을 접촉 핀(60)으로부터 이간하기 위해, 실장 툴(14)을 상승시킨다(S74).
이상의 스텝 S64∼S74의 처리를 모든 측정점에 대하여 행하면, 스텝 S12로 돌아가, 다시, 유지면(14a)의 검사를 행한다. 그리고, 최종적으로, 측정점의 높이 위치의 차분값이 임계값 미만이 될 때까지(스텝 S16에서 No가 될 때까지), 상술의 스텝을 반복한다.
이상의 설명에서 명확한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 유지면(14a)의 상태 검사를 위해, 실장 툴(14)로 흡인 유지한 측정 지그(64)를 접촉 핀(60)에 접촉시키고 있다. 이러한 구성으로 함으로써 유지면(14a)에, 흡인 구멍(14b)이나 흡인 홈(14c)이 형성되어 있어도, 용이하게, 유지면(14a)의 기울기를 측정할 수 있다. 또한 접촉 핀(60)과 유지면(14a) 사이에 측정 지그(64)를 개재시킴으로써 유지면(14a)에의 이물의 부착도 검출할 수 있다.
또한, 지금까지 설명한 구성이나 흐름은 일례이며, 실장 툴(14)의 유지면(14a)에 유지된 측정 지그(64)의 기울기를 측정하고, 그 측정결과에 기초하여 유지면(14a)의 상태를 판단하는 것이라면, 그 밖의 구성은, 적당하게, 변경하는 것도 가능하다.
예를 들면, 도 8의 예에서는, 측정 지그(64)의 기울기가 검지된 경우에는, 유지면(14a)에의 이물 부착의 유무를 검사했다(S20∼S24). 그러나, 실장 장치의 기동 직후 등, 유지면(14a)에의 이물 부착의 가능성이 낮은 경우 등에는, 이물 부착의 유무의 검사 공정은 생략할 수도 있다. 또한 이물 부착의 유무는 카메라를 사용하는 경우에 한하지 않고, 다른 방법으로 검지할 수도 있다. 예를 들면, 유지면(14a)으로부터 측정 지그(64)를 떼어내고, 이 유지면(14a)의 기울기를 직접 검지하여, 측정 지그(64)를 개재시킨 경우와의 기울기의 차이가 클 경우에는, 이물이 부착되어 있다고 판단할 수도 있다.
또한 본 실시형태에서는, 실장 툴(14)의 유지면(14a) 기판 스테이지(50)와 평행하게 되도록 검사·조정하고 있지만, 경우에 따라서는, 유지면(14a)이 기판 스테이지(50)에 대하여 특정한 각도를 갖도록 검사·조정할 수도 있다. 또한 본 실시형태에서는, 접촉 핀(60)을 측정 지그(64)에 접촉시켰을 때의 실장 툴(14)의 하강량에 기초하여 측정점의 높이 위치를 측정하고 있지만, 측정 지그(64)의 복수의 측정점의 상대적인 높이 위치를 측정할 수 있는 것이라면, 다른 방법으로 측정할 수도 있다. 예를 들면, 접촉식 또는 비접촉식(광학식이나 초음파식)의 거리 센서 등을 사용하여, 측정 지그(64)의 복수의 측정점의 상대적인 높이 위치를 측정할 수도 있다.
본 발명은 이상에서 설명한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 청구범위에 의해 규정되어 있는 본 발명의 기술적 범위 또는 본질로부터 일탈하지 않는 모든 변경 및 수정을 포함하는 것이다.
10 실장 장치 11 베이스
12 실장 헤드 14 실장 툴
14a 유지면 16 베이스 부재
17 Z축 가이드 레일 18 Z축 모터
20 커플링 22 리드 스크루
24 이동체 26 모터 홀더
28 이동 블록 32 고정자
34 가동자 36 슬라이드 축
38 로드 셀 42 리니어 스케일
44 보호 부재 45 툴 지지 기구
46 고정부 47 가동부
48 마그넷 49 펌프
50 기판 스테이지 52 XY 스테이지
54 프레임 60 접촉 핀
62 지그 스테이지 64 측정 지그
66 카메라 유닛 70 제어부
72 CPU 74 메모리
76 데이터 인터페이스 100 기판
102 먼지 104 반도체칩.

Claims (7)

  1. 전자부품을 기판에 실장하는 실장 장치로서,
    상기 기판이 재치되는 재치면을 갖는 기판 스테이지와,
    상기 전자부품을 선단면인 유지면으로 유지하는 실장 툴과,
    상기 유지면을 향하여 돌출하는 1개의 접촉 핀과,
    상기 실장 툴을 높이 방향으로 이동시켜 상기 유지면을 상기 접촉 핀에 복수회 누르고 상기 접촉 핀에 눌려진 복수의 점의 상대적인 높이를 측정하고, 측정한 상기 복수의 점의 상대적인 높이의 관계에 기초하여 상기 유지면의 상기 재치면에 대한 평행도를 측정하는 제어부와,
    상기 실장 툴의 자세를 로킹 또는 로킹 해제하는 툴 지지 기구를 구비하고,
    상기 툴 지지 기구에 의한 로킹을 해제한 상태에서 상기 유지면을 상기 접촉 핀에 복수회 눌러 상기 유지면의 상기 재치면에 대한 경사를 조정하는 것을 특징으로 하는 실장 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 실장 툴의 상기 유지면에 유지되고 상기 접촉 핀에 눌려지는 평판 형상의 측정 지그를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 실장 장치.
  3. 전자부품을 기판에 실장하는 실장 장치로서,
    상기 기판이 재치되는 재치면을 갖는 기판 스테이지와,
    상기 전자부품을 선단면인 유지면으로 유지하는 실장 툴과,
    상기 유지면을 향하여 돌출하는 1개의 접촉 핀과,
    상기 실장 툴을 높이 방향으로 이동시켜 상기 유지면을 상기 접촉 핀에 복수회 누르고, 상기 접촉 핀에 눌려진 복수의 점의 상대적인 높이를 측정하여, 측정한 상기 복수의 점의 상대적인 높이의 관계에 기초하여 상기 유지면의 상기 재치면에 대한 평행도를 측정하는 제어부와,
    상기 실장 툴의 상기 유지면에 유지되고 상기 접촉 핀에 눌려지는 평판 형상의 측정 지그와,
    상기 실장 툴의 상기 유지면을 촬상하는 카메라를 구비하고,
    상기 제어부는 상기 측정 지그를 상기 접촉 핀에 누름으로써 측정한 상기 평행도에 기초하여 상기 유지면의 상기 재치면에 대한 경사를 검출하고, 상기 유지면이 상기 측정 지그에 대하여 기울어 있는 경우에 상기 카메라에 상기 유지면을 촬상시키는 것을 특징으로 하는 실장 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 측정 지그는 상기 유지면 전체를 덮는 사이즈인 것을 특징으로 하는 실장 장치.
  5. 전자부품을 기판에 실장하는 실장 장치를 사용하여, 상기 전자부품을 유지하는 실장 툴의 유지면의 상태를 측정하는 측정 방법으로서,
    상기 기판이 재치되는 재치면을 갖는 기판 스테이지와, 상기 재치면에 대하여 높이 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 전자부품을 선단면인 유지면으로 유지하는 실장 툴과, 상기 유지면을 향하여 돌출하는 1개의 접촉 핀과, 상기 실장 툴의 자세를 로킹 또는 로킹 해제하는 툴 지지 기구를 포함하는 상기 실장 장치를 준비하는 공정과,
    상기 실장 툴을 상기 높이 방향으로 이동시켜 상기 유지면을 상기 접촉 핀에 복수회 누르고 상기 접촉 핀에 눌려진 복수의 점의 상대적인 높이를 측정하는 공정과,
    측정한 상기 복수의 점의 상대적인 높이의 관계에 기초하여 상기 유지면의 상기 재치면에 대한 평행도를 측정하는 공정과,
    상기 툴 지지 기구에 의한 로킹을 해제한 상태에서 상기 유지면을 상기 접촉 핀에 복수회 눌러 상기 유지면의 상기 재치면에 대한 경사를 조정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
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