WO2020026563A1 - カメラのキャリブレーション方法、キャリブレーション装置及びキャリブレーション用ターゲット - Google Patents

カメラのキャリブレーション方法、キャリブレーション装置及びキャリブレーション用ターゲット Download PDF

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裕貴 片山
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules

Definitions

  • the present invention relates to a camera calibration technique for recognizing an object.
  • Such a bonding apparatus generally includes an electronic component recognition camera and a board recognition camera in order to accurately position and bond an electronic component to a substrate.
  • the electronic component recognition camera and the board recognition camera may deviate from the reference position due to thermal expansion of the camera support member due to a change in ambient temperature, and may cause a problem that the electronic component cannot be accurately positioned on the board.
  • the temperature is 100 ° C. or more
  • the periphery of the camera is heated by radiant heat, and the temperature around the camera is reduced.
  • Such a problem is prominent because the change is likely to occur.
  • Such a camera calibration method includes a step of capturing an image of a target having a mark by the camera, and a step of measuring a position shift amount of the camera based on the position of the mark captured by the camera.
  • the relative movement amount of the electronic component with respect to the substrate is corrected according to the measured positional shift amount of the camera (for example, see Patent Documents 1 and 2).
  • such a problem is not limited to the bonding apparatus, but similarly applies to an apparatus including a camera for recognizing an object (especially, an apparatus that involves heating of an object or an object to be processed for the object). Can occur.
  • the object of the present invention is to perform camera calibration quickly and accurately even when the ambient temperature changes.
  • the present invention devised to solve the above-mentioned problem is a calibration target for a camera, comprising a crystallized glass on which a mark for measuring the amount of displacement of the camera is formed. And According to such a configuration, since the target includes crystallized glass on which the mark is formed, the coefficient of thermal expansion is very small. Therefore, if the camera is calibrated using such a target, the dimensional change of the target is suppressed as much as possible even if the ambient temperature changes, so that the camera is calibrated quickly and accurately. It becomes possible.
  • the crystallized glass has a glass composition of 55 to 75% by weight of SiO 2 , 20.5 to 27% of Al 2 O 3, more than 8% of Li 2 O 2, and TiO 2 of 1.5% by mass. -3%, SnO 2 0.1-0.5%, TiO 2 + ZrO 2 3.8-5%, Li 2 O + 0.741MgO + 0.367ZnO 3.7-4.5%, SrO + 1.847CaO 0.5% or less And the maximum value at ⁇ 40 ° C. to 300 ° C., where L is the length at 30 ° C., and ⁇ L is the difference between the length (L t ) at each temperature and the length (L) at 30 ° C.
  • a value obtained by dividing the difference between ⁇ L max and the minimum value ⁇ L min by L ( ⁇ L max ⁇ L min ) / L is 8 ⁇ 10 ⁇ 6 or less. In this way, a dimensional change of the target due to a change in ambient temperature can be substantially ignored.
  • the mark may include at least one of a concave portion and a convex portion formed of a glass surface formed on the surface of the crystallized glass.
  • the mark can be formed only of the concave and / or convex portions made of the glass surface without printing a metal or the like on the crystallized glass.
  • the surrounding environment is not polluted by the peeling or gasification (evaporation or the like) of the printed matter such as metal.
  • the mark may include a concave portion formed of a glass surface formed on the surface of the crystallized glass, and a metal may be embedded in the concave portion. In this case, it is possible to suppress peeling of the metal while ensuring good visibility of the mark derived from the metal.
  • the crystallized glass may have a first surface and a second surface opposite to the first surface, and a mark may be formed on each of the first surface and the second surface.
  • the crystallized glass is preferably a single glass plate having a mark on each of the front and back surfaces.
  • the present invention does not exclude a configuration in which the target has a laminated structure of a plurality of crystallized glass plates.
  • the present invention is directed to a camera for recognizing an object, an image of a target having a mark, and a displacement of the camera based on the position of the mark imaged by the camera. Measuring the amount of the camera, characterized in that the target comprises crystallized glass having a mark formed thereon. According to such a configuration, the same operation and effect as those of the corresponding configuration described above can be obtained.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems.
  • the present invention provides a target having a mark arranged at a position imageable by a camera for recognizing an object, and a camera based on the position of the mark imaged by the camera. And a controller for measuring the amount of misalignment of the camera, wherein the target is provided with crystallized glass having a mark formed thereon. According to such a configuration, the same operation and effect as those of the corresponding configuration described above can be obtained.
  • camera calibration can be performed quickly and accurately even when the ambient temperature changes.
  • FIG. 9 is a partial cross-sectional view of a target used in the camera calibration device according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a partial cross-sectional view of a target used in a camera calibration device according to a third embodiment. It is sectional drawing of the target used for the camera calibration apparatus which concerns on 4th Embodiment.
  • a bonding apparatus 1 As shown in FIG. 1, a bonding apparatus 1 according to the first embodiment is a die bonding apparatus that aligns and bonds (joins) a semiconductor chip (die) 2 as an electronic component to a substrate 3.
  • XYZ is an orthogonal coordinate system
  • the X direction and the Y direction are horizontal directions
  • the Z direction is a vertical direction.
  • the bonding apparatus 1 includes a bonding head 4, a semiconductor chip supply unit 5, a bonding stage unit 6, a bottom camera 7, a top camera 8, a moving device 9, a target 10, and a control unit 11. .
  • the target 10 and the control unit 11 constitute a calibration device.
  • the bonding head 4 is a mechanism for holding the semiconductor chip 2 by suction, moving the semiconductor chip 2 by the moving device 9 and bonding the semiconductor chip 2 to the substrate 3.
  • the semiconductor chip supply unit 5 is a mechanism for supplying the semiconductor chip 2 to the bonding head 4.
  • the semiconductor chip supply section 5 includes a table 5a movable in the Y direction.
  • the plurality of semiconductor chips 2 diced in a grid pattern are placed on the table 5a while being supported from the back side by an adhesive film (not shown). At this time, the adhesive film is slightly stretched, and a gap is formed between adjacent semiconductor chips 2.
  • the semiconductor chip supply unit 5 may further include a moving mechanism that enables the table 5a to move in the X direction and / or the Z direction.
  • the bonding stage 6 is a mechanism for holding the substrate 3 when bonding the semiconductor chip 2 to the substrate 3.
  • the bonding stage unit 6 includes a table 6a movable in the Y direction.
  • the substrate 3 is placed on the table 6a.
  • the bonding stage unit 6 may further include a moving mechanism that enables the table 6a to move in the X direction and / or the Z direction.
  • the bottom camera 7 is a first camera for recognizing the semiconductor chip 2 sucked and held by the bonding head 4.
  • the bottom camera 7 is arranged below a movement path of the bonding head 4 between the semiconductor chip supply unit 5 and the bonding stage unit 6.
  • the bottom camera 7 is fixed at a predetermined position below the moving path of the bonding head 4.
  • the top camera 8 is a second camera for recognizing the substrate 3 supported by the bonding stage 6.
  • the top camera 8 and the bonding head 4 are respectively attached to the moving device 9 while being separated from each other by a predetermined offset amount in the X direction. This offset amount may change due to expansion due to a change in ambient temperature.
  • the moving device 9 is a mechanism for moving the bonding head 4 and the top camera 8.
  • the moving device 9 includes an X-direction drive mechanism 9a for integrally moving the top camera 8 and the bonding head 4 in the X direction, and a Z-direction drive mechanism 9b for moving the bonding head 4 in the Z direction.
  • the bonding head 4 is attached to the X-direction drive mechanism 9a via the Z-direction drive mechanism 9b.
  • the moving device 9 may further include a ⁇ -direction driving mechanism (not shown) that enables the bonding head 4 to rotate around the Z axis.
  • one moving device 9 is used as the top camera moving mechanism and the bonding head moving mechanism.
  • two independent moving devices are provided for the top camera moving mechanism and the bonding head moving mechanism. You may.
  • the target 10 is a member used when calibrating the bottom camera 7 and the top camera 8.
  • the target 10 is moved by a moving mechanism (not shown) to a first position S1 (the state shown in FIG. 1), which is located above the bottom camera 7 and below the moving path of the bonding head 4, and a first position S1. It can move forward and backward between a second position (not shown) retracted from the camera. That is, by arranging the target 10 at the first position S1 at the time of calibration, the bottom camera 7 and the top camera 8 can be arranged coaxially (Z-axis) with the target 10 interposed therebetween. Thereby, it becomes possible to simultaneously image the target 10 with the respective cameras 7 and 8.
  • the target 10 may be fixed at a predetermined position below the moving path of the bonding head 4 without allowing the target 10 to move forward and backward.
  • the target 10 is formed from a crystallized glass plate 12.
  • a mark 13 for performing calibration of the bottom camera 7 and the top camera 8 is formed on the surface of the crystallized glass plate 12.
  • the mark 13 includes a plurality of dots having a predetermined pattern.
  • the shape and pattern of the mark 13 in plan view are not particularly limited as long as the calibration of the cameras 7 and 8 can be performed. For example, a round shape, a square shape, a small frame shape, a cross shape, and a bracket shape are used. Or a combination of these. Further, the same shape may be employed for all of the plurality of marks 13, or different shapes may be employed for some of the marks 13.
  • the target 10 is formed of the crystallized glass plate 12 as described above, the dimensional change of the target 10 is suppressed as much as possible even when the ambient temperature changes. That is, a change in the relative position of the mark 13 in the target 10 is suppressed as much as possible.
  • the crystallized glass plate 12 is formed of a single glass plate, and the lower surface 12a as the first surface and the upper surface 12b as the second surface have marks 13 which are symmetrical to each other. Are formed. That is, at the time of calibration, the mark 13 formed on the lower surface 12a is imaged by the bottom camera 7, and the mark 13 formed on the upper surface 12b is imaged by the top camera 8. If the marks 13 are formed on the front and back surfaces of one crystallized glass plate 12 as described above, there is no relative displacement of the marks 13 on the front and back surfaces at the time of calibration, so that there is an advantage that the handleability is improved. .
  • the thickness of the crystallized glass plate 12 is preferably 0.4 to 3.0 mm.
  • the target 10 is not limited to the plate shape, and may be, for example, a block shape. However, when the mark 13 is formed on the front and back surfaces as described above, the target 10 is located at the height of the mark 13 on the front and back surfaces. It is preferable that the sheet has a plate shape with no large difference.
  • the mark 13 is made of, for example, a metal film formed on the surface of the crystallized glass plate 12 by vapor deposition or sputtering.
  • the material of the metal film it is preferable to use a metal material having a color that causes a color difference with the crystallized glass plate 12.
  • the material of the metal film includes a dark metal such as chromium, nickel, and titanium.
  • the crystallized glass plate 12 has a dark color such as black, for example, the material of the metal film includes a light-colored metal such as gold, copper, platinum, and aluminum.
  • an alkali metal or an alkaline earth metal may contaminate the process. Therefore, it is preferable that the metal film does not include these metals.
  • the crystallized glass plate 12 has a length at 30 ° C. as L, and a difference between the length (L t ) at each temperature and the length (L) at 30 ° C. as ⁇ L, ⁇ 40 ° C. to 300 ° C. It is preferable that the value ( ⁇ L max ⁇ L min ) / L obtained by dividing the difference between the maximum value ⁇ L max and the minimum value ⁇ L min by L is 8 ⁇ 10 ⁇ 6 or less. From the viewpoint of more effectively suppressing the change in the relative positional relationship due to the temperature change, ( ⁇ L max ⁇ L min ) / L at ⁇ 40 ° C. to 300 ° C. is preferably 6 ⁇ 10 ⁇ 6 or less, It is more preferably 5 ⁇ 10 ⁇ 6 or less, further preferably 3 ⁇ 10 ⁇ 6 or less, and most preferably 2 ⁇ 10 ⁇ 6 or less.
  • the crystalline glass has a glass composition capable of precipitating both the ⁇ -quartz solid solution and the ⁇ -spodumene solid solution.
  • the crystallized glass plate constituting the target 10 has a glass composition of 55 to 75% SiO 2 , 20.5 to 27% Al 2 O 3, and more than 8% Li 2 O 2 by mass%.
  • the maximum temperature in the crystallization step by changing the maximum temperature in the crystallization step, the coefficient of thermal expansion and ( ⁇ L max ⁇ L min ) / L of the obtained crystallized glass plate 12 can be changed. That is, even if the crystallized glass sheets 12 have the same composition, the crystallized glass sheets 12 having different ( ⁇ L max ⁇ L min ) / L can be obtained by changing the maximum temperature in the crystallization step. Therefore, the maximum temperature in the crystallization step may be selected according to the thermal expansion characteristics of the crystallized glass plate 12 to be obtained. Therefore, in the present embodiment, the maximum temperature in the crystallization step is set so that ( ⁇ L max ⁇ L min ) / L at ⁇ 40 ° C. to 300 ° C.
  • the crystallized glass plate 12 is 8 ⁇ 10 ⁇ 6 or less. Is preferred. It is preferable to set the maximum temperature in the crystallization step so that both the ⁇ -quartz solid solution and the ⁇ -spodumene solid solution precipitate.
  • the heating rate from the maximum temperature of ⁇ 100 ° C. to the maximum temperature is set to 0.05 ° C./min to 5 ° C. / Min.
  • the crystallized glass plate 12 can be configured to be transparent. If the crystallized glass plate 12 is transparent, the mark 13 provided on one main surface can be transmitted from the other main surface side and imaged by the bottom camera 7 or the top camera 8.
  • transparent means that the transmittance in the visible light wavelength region is 70% or more.
  • a colored and opaque crystallized glass may be adopted.
  • a white crystallized glass in which the glass is intentionally crystallized so that the glass becomes cloudy, a black crystallized glass to which a black colorant is added, or the like may be used.
  • the control unit 11 is electrically connected to the bottom camera 7, the top camera 8, the X-direction driving mechanism 9a of the moving device 9, and the table 6a of the bonding stage unit 6.
  • the control unit 11 measures the amount of displacement of the bottom camera 7 with respect to the mark 13 based on the position of the mark 13 captured by the bottom camera 7, and controls the mark 13 based on the position of the mark 13 captured by the top camera 8.
  • the amount of displacement of the top camera 8 with respect to is measured.
  • the control unit 11 calculates a movement correction amount based on the displacement amount, and outputs the calculation result to the X-direction drive mechanism 9a and the table 6a.
  • the reference positions of the bottom camera 7 and the top camera 8 are set.
  • the target 10 is stopped with the target 10 advanced from the second position to the first position S1.
  • the top camera 8 is moved in the X direction by the X direction drive mechanism 9a of the moving device 9, and the bottom camera 7 and the top camera 8 are positioned coaxially with the target 10 interposed therebetween, as shown in FIG.
  • the X direction position and the Y direction position at this time are stored in the storage unit of the control unit 11 as reference positions of the bottom camera 7 and the top camera 8.
  • the semiconductor chip 2 is bonded to the substrate 3. That is, while the bottom camera 7 recognizes the position of the semiconductor chip 2 and the top camera 8 recognizes the position of the substrate 3, the semiconductor chip 2 is aligned and bonded on the substrate 3.
  • the cameras 7 and 8 are calibrated. That is, the bottom camera 7, the top camera 8, and the target 10 are moved to the reference positions stored in the reference position setting operation, and the mark 13 is imaged by both cameras 7, 8. Note that the calibration of the cameras 7 and 8 is preferably performed each time bonding is performed.
  • the recognition position of the mark 13 may deviate from the reference position due to thermal expansion due to a change in ambient temperature.
  • the displacement is measured by the control unit 11 as the displacement of the bottom camera 7 with respect to the mark 13 and the displacement of the top camera 8 with respect to the mark 13.
  • the control unit 11 calculates the relative displacement between the bottom camera 7 and the top camera 8 from the displacement of the bottom camera 7 with respect to the mark 13 and the displacement of the top camera 8 with respect to the mark 13.
  • the X-direction movement amount of the X-direction drive mechanism 9a of the moving device 9 and the Y-direction movement amount of the table 6a of the bonding stage 6 are corrected. That is, the amount of relative movement of the semiconductor chip 2 with respect to the substrate 3 is corrected. Thereby, a displacement error due to a change in the ambient temperature is reduced.
  • the target 10 is formed from the crystallized glass plate 12
  • the coefficient of thermal expansion is very small. That is, even if the ambient temperature changes, the dimensional change of the target 10 is suppressed as much as possible. Therefore, since it is not necessary to wait until the thermally expanded target returns to the normal temperature, the calibration can be performed quickly and accurately.
  • the ambient temperature of the target 10 may become high during calibration.
  • the target 10 made of the crystallized glass plate 12 is useful when the ambient temperature of the target 10 at the time of calibration becomes 100 ° C. or more.
  • the ambient temperature of the target 10 at the time of calibration is preferably ⁇ 40 ° C. to 300 ° C., more preferably 0 ° C. to 100 ° C., and even more preferably 20 ° C. to 25 ° C.
  • the mark 13 of the target 10 is constituted by a concave portion 12c formed of a glass surface formed on the surface of the crystallized glass plate 12.
  • the concave portion 12c may be formed by using, for example, photolithography and etching, but is formed by laser processing in the present embodiment. When laser processing is used, the dimensional tolerance of the mark 13 is improved, so that the accuracy of calibration is improved.
  • the mark 13 may be configured by a convex portion formed of a glass surface formed on the surface of the crystallized glass plate 12.
  • the mark 13 may include both a convex portion and a concave portion formed of a glass surface formed on the surface of the crystallized glass plate 12.
  • the concave portion 12c may be configured as a columnar hole having a flat bottom surface, or may be configured as a mortar-shaped hole having a curved bottom surface.
  • the calibration apparatus and the calibration method according to the third embodiment differ from the first and second embodiments in the configuration of the target 10.
  • the first and second embodiments in the configuration of the target 10.
  • the mark 13 of the target 10 includes a concave portion 12c made of a glass surface formed on the surface of the crystallized glass plate 12, and a metal 14 buried inside the concave portion 12c.
  • the metal 14 for example, a metal film (such as a chromium film) formed by vapor deposition or sputtering can be used.
  • the concave portion 12c may be filled with the metal 14 so that the surface of the metal 14 is located on the same plane as the surface of the crystallized glass plate 12, or the concave portion 12c may be formed so that the surface of the metal 14 projects from the surface of the crystallized glass plate 12.
  • the metal 14 may be filled with the metal 14 or the metal 14 may be formed in a thin film along the inner surface of the concave portion 12c.
  • the target 10 includes two crystallized glass plates 15 and 16 that are separably stacked. Marks 13 are formed on the lower surface 15a of the first crystallized glass plate 15 and the upper surface 16a of the second crystallized glass plate 16, respectively.
  • a through hole (not shown) is formed in one of the first crystallized glass plate 15 and the second crystallized glass plate 16 in the thickness direction, and a negative pressure is generated through the through hole to form the first crystallized glass plate.
  • the fritted glass plate 15 and the second crystallized glass plate 16 are in a state of being adsorbed to each other. That is, when the negative pressure is released, the two crystallized glass plates 15 and 16 can be separated from each other again, so that only one of them can be replaced.
  • the configuration of the target 10 is merely an example, and the two crystallized glass plates 15 and 16 may be bonded to each other. Further, a colored layer made of a colored resin or the like may be provided between the crystallized glass plate 15 and the crystallized glass plate 16.
  • the case has been described in which the amount of relative movement of the semiconductor chip with respect to the substrate is corrected in accordance with the amount of positional shift of the camera during calibration, but the position of the camera (in accordance with the amount of positional shift of the camera) is corrected. (Including adjustment of the posture such as the mounting angle and the focus position) itself may be adjusted. That is, a specific calibration method is not particularly limited as long as a target made of a crystallized glass plate is used at the time of camera calibration.
  • the top camera having the predetermined offset amount with respect to the bonding head captures an image immediately below the top camera, but the top camera may directly capture the bonding position of the bonding head from an oblique direction. .
  • a partition plate is provided between the high-temperature region and the camera arrangement region so that both regions are independent rooms.
  • the present invention is applied to the die bonding apparatus.
  • the present invention may be applied to a flip chip bonding apparatus or a wire bonding apparatus.
  • the present invention can be similarly applied to any device other than the bonding device as long as the device recognizes an object with a camera.

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Abstract

カメラのキャリブレーション用ターゲット１０であって、カメラの位置ずれ量を測定するためのマーク１３を有する結晶化ガラス１２を備えている。

Description

カメラのキャリブレーション方法、キャリブレーション装置及びキャリブレーション用ターゲット
　本発明は、対象物を認識するためのカメラのキャリブレーション技術に関する。
　半導体素子等の電子部品を基板上にボンディングさせるボンディング装置として、従来からダイボンディング装置やフリップチップボンディング装置などが公知である。このようなボンディング装置は、電子部品を基板に正確に位置合わせをしてボンディングするために、電子部品認識カメラと基板認識カメラとを備えているのが一般的である。
　この電子部品認識カメラと基板認識カメラは、周囲温度の変化によるカメラ支持部材の熱膨張などにより、基準位置からずれ、電子部品を基板に正確に位置合わせできないという問題が生じる場合がある。特に、ボンディング装置の内部に１００度以上になる高温領域がある場合、高温領域とカメラの配置領域との間に仕切り板などを設けたとしても輻射熱でカメラ周辺が加熱され、カメラの周囲温度の変化が生じやすいため、このような問題は顕著になる。
　そこで、ボンディング装置では、電子部品認識カメラ及び／又は基板認識カメラのキャリブレーションが適宜行われる。このようなカメラのキャリブレーション方法は、マークを有するターゲットをカメラで撮像する工程と、カメラで撮像されたマークの位置に基づいてカメラの位置ずれ量を測定する工程とを備えており、例えば、測定されたカメラの位置ずれ量に応じて、基板に対する電子部品の相対的な移動量が補正される（例えば、特許文献１及び２を参照）。
特開平７－７０２８号公報 特開２００６－２１０７８５号公報
　上記のような従来のカメラのキャリブレーション方法では、周囲温度の変化により、ターゲットが膨張する可能性は考慮されていない。ターゲットが膨張すると、ターゲットの大きさが基準寸法から変化するため、ターゲットに形成されたマークの相対位置も変化してしまう。したがって、ターゲットの大きさが基準寸法から変化している状態では、そのターゲットに形成されているマークの位置を基準とした正確なキャリブレーションを実施できないという問題がある。一方、周囲の温度低下などによってターゲットが基準寸法に戻るまで待てば、正確なキャリブレーションを再び実施することは可能であるが、非常に時間がかかるという問題がある。
　なお、このような問題は、ボンディング装置に限らず、対象物を認識するためのカメラを備えた装置（特に、対象物又は対象物の加工に供する物の加熱を伴う装置）であれば同様に生じ得る。
　本発明は、周囲温度が変化しても、カメラのキャリブレーションを迅速かつ正確に実施することを課題とする。
　上記の課題を解決するために創案された本発明は、カメラのキャリブレーション用ターゲットであって、カメラの位置ずれ量を測定するためのマークが形成された結晶化ガラスを備えていることを特徴とする。このような構成によれば、ターゲットはマークが形成された結晶化ガラスを含むため、その熱膨張率は非常に小さくなる。したがって、このようなターゲットを用いてカメラのキャリブレーションを実施すれば、周囲温度が変化してもターゲットの寸法変化が可及的に抑制されるため、カメラのキャリブレーションを迅速かつ正確に実施することが可能となる。
　上記の構成において、結晶化ガラスは、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ2　５５～７５％、Ａｌ2Ｏ3　２０．５～２７％、Ｌｉ2Ｏ　２超～８％、ＴｉＯ2　１．５～３％、ＳｎＯ2　０．１～０．５％、ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2　３．８～５％、Ｌｉ2Ｏ＋０．７４１ＭｇＯ＋０．３６７ＺｎＯ　３．７～４．５％、ＳｒＯ＋１．８４７ＣａＯ　０．５％以下を含有し、３０℃における長さをＬ、各温度における長さ（Ｌt）と、３０℃における長さ（Ｌ）との差をΔＬとしたときに、－４０℃～３００℃における最大値ΔＬmaxと最小値ΔＬminとの差をＬで割った値（ΔＬmax－ΔＬmin）／Ｌが８×１０-6以下であることが好ましい。このようにすれば、周囲温度の変化によるターゲットの寸法変化を実質的に無視することができる。
　上記の構成において、マークが、結晶化ガラスの表面に形成されたガラス面からなる凹部及び凸部の少なくとも一方を含むようにしてもよい。このようにすれば、結晶化ガラスに金属等を印刷しなくても、マークをガラス面からなる凹部及び／又は凸部だけで形成することもできる。この場合、金属等の印刷物の剥離やガス化（蒸発など）によって、周囲環境が汚染されないという利点がある。
　上記の構成において、マークが、結晶化ガラスの表面に形成されたガラス面からなる凹部を含み、凹部の内部に金属が埋設されていてもよい。このようにすれば、金属に由来するマークの良好な視認性を確保しつつ、金属の剥離を抑制することができる。
　上記の構成において、結晶化ガラスが、第一面と、第一面と反対側の第二面とを有し、第一面及び第二面のそれぞれにマークが形成されていてもよい。
　この場合、結晶化ガラスが、マークを表裏面のそれぞれに有する単一のガラス板であることが好ましい。このようにすれば、結晶化ガラスを、例えば二枚のガラス板を分離可能に積層した構造とした場合に比べて、取り扱い性が良好になる。すなわち、単一のガラス板であるため、キャリブレーション時に、表裏面のマークの相対的な位置ずれが生じないなどの利点がある。もちろん、本発明は、ターゲットを複数枚の結晶化ガラス板の積層構造とする構成を排除するものではない。
　上記の課題を解決するために創案された本発明は、対象物を認識するためのカメラで、マークを有するターゲットを撮像する工程と、カメラで撮像されたマークの位置に基づいてカメラの位置ずれ量を測定する工程とを備えたカメラのキャリブレーション方法であって、ターゲットが、マークが形成された結晶化ガラスを備えていることを特徴とする。このような構成によれば、既に述べた対応する構成と同様の作用効果を得ることができる。
　上記の課題を解決するために創案された本発明は、対象物を認識するためのカメラで撮像可能な位置に配置されたマークを有するターゲットと、カメラで撮像されたマークの位置に基づいてカメラの位置ずれ量を測定する制御部とを備えたカメラのキャリブレーション装置であって、ターゲットが、マークが形成された結晶化ガラスを備えていることを特徴とする。このような構成によれば、既に述べた対応する構成と同様の作用効果を得ることができる。
　本発明によれば、周囲温度が変化しても、カメラのキャリブレーションを迅速かつ正確に実施することができる。
第一実施形態に係るカメラのキャリブレーション装置を備えたボンディング装置を示す側面図である。 ターゲットの平面図である。 ターゲットの断面図であって、図２のＡ－Ａ断面図である。 第二実施形態に係るカメラのキャリブレーション装置に用いられるターゲットの部分断面図である。 第三実施形態に係るカメラのキャリブレーション装置に用いられるターゲットの部分断面図である。 第四実施形態に係るカメラのキャリブレーション装置に用いられるターゲットの断面図である。
　以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。以下の実施形態は、カメラのキャリブレーション装置が組み込まれたボンディング装置を例にとって説明する。
（第一実施形態）
　図１に示すように、第一実施形態に係るボンディング装置１は、電子部品である半導体チップ（ダイ）２を基板３に位置合わせしてボンディング（接合）するダイボンディング装置である。なお、図１において、ＸＹＺは直交座標系であり、Ｘ方向及びＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。
　ボンディング装置１は、ボンディングヘッド４と、半導体チップ供給部５と、ボンディングステージ部６と、ボトムカメラ７と、トップカメラ８と、移動装置９と、ターゲット１０と、制御部１１とを備えている。このうち、ターゲット１０と制御部１１とがキャリブレーション装置の構成である。
　ボンディングヘッド４は、半導体チップ２を吸着保持し、移動装置９により移動して基板３に半導体チップ２をボンディングするための機構である。
　半導体チップ供給部５は、ボンディングヘッド４に半導体チップ２を供給するための機構である。半導体チップ供給部５は、Ｙ方向に移動可能なテーブル５ａを備えている。テーブル５ａの上には、碁盤目状にダイシングされた複数の半導体チップ２が粘着フィルム（図示しない）によって裏面側から支持された状態で載置される。この際、粘着フィルムは僅かに引き伸ばされており、隣接する半導体チップ２の間には隙間が形成されている。なお、半導体チップ供給部５は、テーブル５ａをＸ方向及び／又はＺ方向に移動可能とする移動機構を更に備えていてもよい。
　ボンディングステージ部６は、半導体チップ２を基板３にボンディングする際に、基板３を保持するための機構である。ボンディングステージ部６は、Ｙ方向に移動可能なテーブル６ａを備えている。テーブル６ａの上には、基板３が載置される。なお、ボンディングステージ部６は、テーブル６ａをＸ方向及び／又はＺ方向に移動可能とする移動機構を更に備えていてもよい。
　ボトムカメラ７は、ボンディングヘッド４に吸着保持された半導体チップ２を認識するための第一カメラである。ボトムカメラ７は、半導体チップ供給部５とボンディングステージ部６との間におけるボンディングヘッド４の移動経路の下方に配置されている。なお、本実施形態では、ボトムカメラ７は、ボンディングヘッド４の移動経路の下方の所定位置に定置されている。
　トップカメラ８は、ボンディングステージ部６に支持された基板３を認識するための第二カメラである。トップカメラ８及びボンディングヘッド４は、互いにＸ方向に所定のオフセット量だけ離された状態で、移動装置９にそれぞれ取り付けられている。このオフセット量は、周囲温度の変化による膨張により変化する場合がある。
　移動装置９は、ボンディングヘッド４及びトップカメラ８を移動させるための機構である。移動装置９は、トップカメラ８及びボンディングヘッド４を一体的にＸ方向に移動可能とするＸ方向駆動機構９ａと、ボンディングヘッド４をＺ方向に移動可能とするＺ方向駆動機構９ｂとを備えている。この実施形態では、ボンディングヘッド４は、Ｚ方向駆動機構９ｂを介してＸ方向駆動機構９ａに取り付けられている。なお、移動装置９は、ボンディングヘッド４をＺ軸周りに回転可能とするθ方向駆動機構（図示しない）を更に備えていてもよい。また、本実施形態では、一つの移動装置９をトップカメラ移動機構とボンディングヘッド移動機構として利用しているが、トップカメラ移動機構とボンディングヘッド移動機構とでそれぞれ独立した二種の移動装置を設けてもよい。
　ターゲット１０は、ボトムカメラ７及びトップカメラ８のキャリブレーション時に使用される部材である。ターゲット１０は、図示しない移動機構により、ボトムカメラ７の上方位置であって、かつ、ボンディングヘッド４の移動経路の下方位置に進出した第一位置Ｓ１（図１の状態）と、第一位置Ｓ１から退避した第二位置（図示しない）との間で、進退移動可能になっている。すなわち、キャリブレーション時に、第一位置Ｓ１にターゲット１０を配置することで、ターゲット１０を挟んでボトムカメラ７及びトップカメラ８を同軸（Ｚ軸）上に配置できる。これにより、それぞれのカメラ７，８で同時にターゲット１０を撮像することが可能となる。なお、ボトムカメラ７を移動可能な構成とした場合、ターゲット１０は、進退移動可能とすることなく、ボンディングヘッド４の移動経路下方の所定位置に定置させてもよい。
　図２に示すように、ターゲット１０は、結晶化ガラス板１２から形成されている。結晶化ガラス板１２の表面には、ボトムカメラ７及びトップカメラ８のキャリブレーションを行うためのマーク１３が形成されている。本実施形態では、マーク１３は、所定のパターンを有する複数のドットを含む。マーク１３の平面視形状やパターンは、カメラ７，８のキャリブレーションを行うことが可能であれば特に限定されないものではなく、例えば、丸状、四角状、小枠状、十字状、カギ括弧状などであってもよいし、これらを組み合わせた形状であってもよい。また、複数のマーク１３全てに同じ形状を採用してもよいし、一部のマーク１３について異なる形状を採用してもよい。このようにターゲット１０を結晶化ガラス板１２で形成すれば、周囲温度が変化してもターゲット１０の寸法変化が可及的に抑制される。すなわち、ターゲット１０内におけるマーク１３の相対位置の変化も可及的に抑制される。
　図３に示すように、本実施形態では、結晶化ガラス板１２は単一のガラス板からなり、第一面としての下面１２ａ及び第二面としての上面１２ｂのそれぞれに互いに対称となるマーク１３が形成されている。すなわち、キャリブレーション時に、下面１２ａに形成されたマーク１３がボトムカメラ７によって撮像されると共に、上面１２ｂに形成されたマーク１３がトップカメラ８によって撮像される。このように一枚の結晶化ガラス板１２の表裏面にマーク１３を形成すれば、キャリブレーション時に表裏面のマーク１３の相対的な位置ずれが生じないため、取り扱い性が向上するという利点がある。
　結晶化ガラス板１２の厚みは、０．４～３.０ｍｍであることが好ましい。
　なお、ターゲット１０は、板状に限定されるものではなく、例えばブロック状などでもよいが、上記のように表裏面にマーク１３を形成する場合には、表裏面のマーク１３の高さ位置に大きな差が生じない板状であることが好ましい。
　マーク１３は、例えば、蒸着やスパッタなどにより結晶化ガラス板１２の表面に形成された金属膜からなる。金属膜の材料としては、結晶化ガラス板１２と色差が生ずる色の金属材料を用いることが好ましい。結晶化ガラス板１２が透明、または白色等の明色である場合、例えば、金属膜の材料としてはクロム、ニッケル、チタンなどの暗色系の金属が挙げられる。一方、結晶化ガラス板１２が黒色等の暗色である場合、例えば、金属膜の材料としては金、銅、白金、アルミなどの明色系の金属が挙げられる。また、半導体を含む電子部品の製造工程では、アルカリ金属やアルカリ土類金属が工程を汚染するおそれがあるため、金属膜にはこれらの金属を含まないことが好ましい。
　結晶化ガラス板１２は、３０℃における長さをＬ、各温度における長さ（Ｌt）と、３０℃における長さ（Ｌ）との差をΔＬとしたときに、－４０℃～３００℃における最大値ΔＬmaxと最小値ΔＬminとの差をＬで割った値（ΔＬmax－ΔＬmin）／Ｌが８×１０-6以下であることが好ましい。温度変化に伴う相対的位置関係の変化をより効果的に抑制する観点からは、－４０℃～３００℃における（ΔＬmax－ΔＬmin）／Ｌが６×１０-6以下であることが好ましく、５×１０-6以下であることがより好ましく、３×１０-6以下であることが更に好ましく、２×１０-6以下であることが最も好ましい。
　β－石英固溶体とβ－スポジュメン固溶体との両方を主結晶として含有することにより、結晶化ガラスの－４０℃～３００℃における（ΔＬｍａｘ－ΔＬｍｉｎ）／Ｌを十分に小さくすることが可能となると考えられる。そこで、結晶性ガラスは、β－石英固溶体とβ－スポジュメン固溶体との両方が析出し得るガラス組成を有するものであることが好ましい。具体的には、ターゲット１０を構成する結晶化ガラス板は、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ2　５５～７５％、Ａｌ2Ｏ3　２０．５～２７％、Ｌｉ2Ｏ　２超～８％、ＴｉＯ2　１．５～３％、ＳｎＯ2　０．１～０．５％、ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2　３．８～５％、Ｌｉ2Ｏ＋０．７４１ＭｇＯ＋０．３６７ＺｎＯ　３．７～４．５％、ＳｒＯ＋１．８４７ＣａＯ　０．５％以下を含有することが好ましい。
　ここで、結晶化工程における最高温度を変化させることにより、得られる結晶化ガラス板１２の熱膨張率や（ΔＬmax－ΔＬmin）／Ｌを変化させることができる。すなわち、同じ組成の結晶化ガラス板１２であっても、結晶化工程における最高温度を異ならせることにより、（ΔＬmax－ΔＬmin）／Ｌが異なる結晶化ガラス板１２が得られる。よって、得ようとする結晶化ガラス板１２の熱膨張特性に応じて、結晶化工程における最高温度を選択すればよい。従って、本実施形態においては、結晶化ガラス板１２の－４０℃～３００℃における（ΔＬmax－ΔＬmin）／Ｌが８×１０-6以下となるように、結晶化工程における最高温度を設定することが好ましい。β－石英固溶体とβ－スポジュメン固溶体との両方が析出するように結晶化工程における最高温度を設定することが好ましい。
　このように、結晶化工程における最高温度を変化させることにより、得られる結晶化ガラス板１２の（ΔＬmax－ΔＬmin）／Ｌを変化させることができる理由としては定かではないが、以下の理由が考えられる。すなわち、結晶化工程における最高温度を変化させることにより、β－石英固溶体とβ－スポジュメン固溶体の両方が析出し、これらの析出割合が変化し、その結果、（ΔＬmax－ΔＬmin）／Ｌが変化するものと考えられる。
　なお、結晶化工程において、β－石英固溶体とβ－スポジュメン固溶体との両方を析出させやすくするためには、最高温度－１００℃～最高温度までの加熱速度を０．０５℃／分～５℃／分とすることが好ましい。
　上記のような結晶化ガラスを用いることにより、結晶化ガラス板１２を透明に構成可能である。結晶化ガラス板１２が透明であれば、一方の主面に設けたマーク１３を他方の主面側から透過してボトムカメラ７またはトップカメラ８で撮像可能である。なお、本発明において、透明とは可視光波長域の透過率が７０％以上であることを指す。
　一方、結晶化ガラス板１２として、有色不透明な結晶化ガラスを採用してもよい。例えば、意図的にガラスが白濁するよう結晶化させた白色の結晶化ガラスや、黒色着色剤を添加した黒色の結晶化ガラス等を採用してもよい。
　制御部１１は、ボトムカメラ７、トップカメラ８、移動装置９のＸ方向駆動機構９ａ、及びボンディングステージ部６のテーブル６ａに電気的に接続されている。制御部１１は、ボトムカメラ７で撮像されたマーク１３の位置に基づいてマーク１３に対するボトムカメラ７の位置ずれ量を測定すると共に、トップカメラ８で撮像されたマーク１３の位置に基づいてマーク１３に対するトップカメラ８の位置ずれ量を測定するようになっている。制御部１１は、これら位置ずれ量に基づく移動補正量を演算し、その演算結果をＸ方向駆動機構９ａ及びテーブル６ａに出力するようになっている。
　次に、以上のように構成されたボンディング装置１におけるカメラのキャリブレーション方法を説明する。
　まず、ボトムカメラ７及びトップカメラ８の基準位置の設定を行う。基準位置を設定する場合、ターゲット１０を第二位置から第一位置Ｓ１に進出させた状態で停止させる。次に、移動装置９のＸ方向駆動機構９ａによりトップカメラ８をＸ方向に移動させ、図１に示すように、ターゲット１０を挟んでボトムカメラ７及びトップカメラ８を同軸上に位置させる。このときのＸ方向位置及びＹ方向位置を、ボトムカメラ７及びトップカメラ８の基準位置として制御部１１の記憶手段に記憶させる。
　上記のように基準位置の設定が完了した後に、基板３に対して半導体チップ２をボンディングする。すなわち、ボトムカメラ７で半導体チップ２の位置の認識を行うと共に、トップカメラ８で基板３の位置の認識を行いながら、基板３上に半導体チップ２を位置合わせしてボンディングする。
　このようなボンディングを所定回数又は所定時間行った後、カメラ７，８のキャリブレーションが行われる。すなわち、基準位置設定動作で記憶された基準位置に、ボトムカメラ７、トップカメラ８及びターゲット１０を移動させ、両カメラ７，８でマーク１３を撮像する。なお、カメラ７，８のキャリブレーションは、ボンディングするごとに毎回行うことが好ましい。
　この時、周囲温度の変化による熱膨張により、マーク１３の認識位置が基準位置からずれる場合がある。このずれ量は、制御部１１において、マーク１３に対するボトムカメラ７の位置ずれ量と、マーク１３に対するトップカメラ８の位置ずれ量として測定される。そして、制御部１１は、マーク１３に対するボトムカメラ７の位置ずれ量と、マーク１３に対するトップカメラ８の位置ずれ量とから、ボトムカメラ７とトップカメラ８の相対的な位置ずれ量を演算する。この演算されたずれ量に基づいて、移動装置９のＸ方向駆動機構９ａのＸ方向移動量と、ボンディングステージ部６のテーブル６ａのＹ方向移動量とが補正される。すなわち、基板３に対する半導体チップ２の相対的移動量が補正される。これにより、周囲温度の変化による位置ずれ誤差が低減される。
　このようなキャリブレーションの際に、ターゲット１０が結晶化ガラス板１２から形成されているため、その熱膨張率は非常に小さくなる。すなわち、周囲温度が変化してもターゲット１０の寸法変化が可及的に抑制される。したがって、熱膨張したターゲットが常温に戻るまで待つ必要がないため、キャリブレーションを迅速かつ正確に実施することが可能となる。ここで、キャリブレーション時にターゲット１０の周囲温度が高温になる場合がある。特に、結晶化ガラス板１２からなるターゲット１０が有用となるのは、キャリブレーション時のターゲット１０の周囲温度が、１００℃以上になる場合である。キャリブレーション時のターゲット１０の周囲温度は、－４０℃～３００℃であることが好ましく、０℃～１００℃であることがより好ましく、２０～２５℃であることが更に好ましい。
（第二実施形態）
　図４に示すように、第二実施形態に係るキャリブレーション装置及びキャリブレーション方法が、第一実施形態と相違するところは、ターゲット１０の構成である。以下では、相違点のみを説明し、共通点については説明を省略する。
　第二実施形態では、ターゲット１０のマーク１３が、結晶化ガラス板１２の表面に形成されたガラス面からなる凹部１２ｃから構成されている。この凹部１２ｃは、例えば、フォトリソグリフィーとエッチングを用いて形成してもよいが、本実施形態では、レーザー加工により形成されている。レーザー加工を用いれば、マーク１３の寸法公差が良好になるため、キャリブレーションの精度が向上する。なお、マーク１３は、結晶化ガラス板１２の表面に形成されたガラス面からなる凸部から構成されていてもよい。あるいは、マーク１３は、結晶化ガラス板１２の表面に形成されたガラス面からなる凸部と凹部の両方を含んでいてもよい。凹部１２ｃは底面が平坦な柱状穴として構成されていてもよく、底面が曲面から成るすり鉢状の穴として構成されていてもよい。
（第三実施形態）
　図５に示すように、第三実施形態に係るキャリブレーション装置及びキャリブレーション方法が、第一～第二実施形態と相違するところは、ターゲット１０の構成である。以下では、相違点のみを説明し、共通点については説明を省略する。
　第三実施形態では、ターゲット１０のマーク１３が、結晶化ガラス板１２の表面に形成されたガラス面からなる凹部１２ｃと、凹部１２ｃの内部に埋設された金属１４とを備えている。金属１４として、例えば、蒸着又はスパッタで形成された金属膜（クロム膜など）を利用できる。なお、金属１４の表面が結晶化ガラス板１２の表面と同一平面に位置するよう凹部１２ｃを金属１４で埋めてもよいし、金属１４の表面が結晶化ガラス板１２の表面より突出するよう凹部１２ｃを金属１４で埋めてもよいし、凹部１２ｃの内面に沿った薄膜状に金属１４を形成してもよい。
（第四実施形態）
　図６に示すように、第四実施形態に係るキャリブレーション装置及びキャリブレーション方法が、第一～第三実施形態と相違するところは、ターゲット１０の構成である。以下では、相違点のみを説明し、共通点については説明を省略する。
　第四実施形態では、ターゲット１０は、分離可能に積層された二枚の結晶化ガラス板１５，１６を備えている。第一結晶化ガラス板１５の下面１５ａおよび第二結晶化ガラス板１６の上面１６ａには、それぞれマーク１３が形成されている。第一結晶化ガラス板１５と第二結晶化ガラス板１６のいずれか一方に厚み方向の貫通孔（図示しない）が形成されており、この貫通孔を通じて負圧を生じさせることで、第一結晶化ガラス板１５と第二結晶化ガラス板１６とが互いに吸着した状態となっている。すなわち、負圧を解除すれば、再び二枚の結晶化ガラス板１５，１６は互いに分離可能となるため、いずれか一方だけを交換することもできる。なお、上記ターゲット１０の構成は一例であり、二枚の結晶化ガラス板１５，１６は互いに接着されていてもよい。また、結晶化ガラス板１５および結晶化ガラス板１６の間に着色された樹脂等から成る着色層が設けられてもよい。
　なお、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、更に種々なる形態で実施し得る。
　上記の実施形態では、キャリブレーション時に、カメラの位置ずれ量に応じて、基板に対する半導体チップの相対的移動量を補正する場合を説明したが、カメラの位置ずれ量に応じて、カメラの位置（取付角度などの姿勢やピント位置の調整を含む）自体を調整するようにしてもよい。すなわち、カメラのキャリブレーション時に、結晶化ガラス板からなるターゲットを使用するものであれば、具体的なキャリブレーション方法は特に限定されるものではない。
　上記の実施形態では、ボンディングヘッドと所定のオフセット量を有するトップカメラが、真下を撮像する場合を説明したが、トップカメラは斜め方向からボンディングヘッドのボンディング位置を直接撮像するものであってもよい。
　上記の実施形態において、ボンディング装置の内部に１００度以上になる高温領域がある場合、高温領域とカメラの配置領域との間に仕切り板を設け、両領域を独立した部屋とすることが好ましい。
　上記の実施形態では、ダイボンディング装置に本発明を適用する場合を説明したが、フリップチップボンディング装置やワイヤボンディング装置に本発明を適用してもよい。また、ボンディング装置以外にも、カメラで対象物の認識する装置であれば同様に本発明を適用できる。
１　　ボンディング装置
２　　半導体チップ
３　　基板
４　　ボンディングヘッド
５　　半導体チップ供給部
６　　ボンディングステージ部
７　　ボトムカメラ
８　　トップカメラ
９　　移動装置
１０　ターゲット
１１　制御部
１２　結晶化ガラス板
１３　マーク

Claims (8)

  1. 　カメラのキャリブレーション用ターゲットであって、
    　前記カメラの位置ずれ量を測定するためのマークが形成された結晶化ガラスを備えていることを特徴とするカメラのキャリブレーション用ターゲット。
  2. 　前記結晶化ガラスは、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ2　５５～７５％、Ａｌ2Ｏ3　２０．５～２７％、Ｌｉ2Ｏ　２超～８％、ＴｉＯ2　１．５～３％、ＳｎＯ2　０．１～０．５％、ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2　３．８～５％、Ｌｉ2Ｏ＋０．７４１ＭｇＯ＋０．３６７ＺｎＯ　３．７～４．５％、ＳｒＯ＋１．８４７ＣａＯ　０．５％以下を含有し、３０℃における長さをＬ、各温度における長さ（Ｌt）と、３０℃における長さ（Ｌ）との差をΔＬとしたときに、－４０℃～３００℃における最大値ΔＬmaxと最小値ΔＬminとの差をＬで割った値（ΔＬmax－ΔＬmin）／Ｌが８×１０-6以下であることを特徴とする請求項１に記載のカメラのキャリブレーション用ターゲット。
  3. 　前記マークが、前記結晶化ガラスの表面に形成されたガラス面からなる凹部及び凸部の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のカメラのキャリブレーション用ターゲット。
  4. 　前記マークが、前記結晶化ガラスの表面に形成されたガラス面からなる凹部を含み、前記凹部の内部に金属が埋設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のカメラのキャリブレーション用ターゲット。
  5. 　前記結晶化ガラスが、第一面と、前記第一面と反対側の第二面とを有し、前記第一面及び前記第二面のそれぞれに前記マークが形成されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のカメラのキャリブレーション用ターゲット。
  6. 　前記結晶化ガラスが、前記マークを表裏面のそれぞれに有する単一のガラス板であることを特徴とする請求項５に記載のカメラのキャリブレーション用ターゲット。
  7. 　対象物を認識するためのカメラで、マークを有するターゲットを撮像する工程と、前記カメラで撮像された前記マークの位置に基づいて前記カメラの位置ずれ量を測定する工程とを備えたカメラのキャリブレーション方法であって、
    　前記ターゲットが、前記マークが形成された結晶化ガラスを備えていることを特徴とするカメラのキャリブレーション方法。
  8. 　対象物を認識するためのカメラで撮像可能な位置に配置されたマークを有するターゲットと、前記カメラで撮像された前記マークの位置に基づいて前記カメラの位置ずれ量を測定する制御部とを備えたカメラのキャリブレーション装置であって、
    　前記ターゲットが、前記マークが形成された結晶化ガラスを備えていることを特徴とするカメラのキャリブレーション装置。
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