WO2024014077A1

WO2024014077A1 - 位置決め装置、実装装置、位置決め方法および実装方法

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Publication number: WO2024014077A1
Application number: PCT/JP2023/014747
Authority: WO
Inventors: 亮藤田; 大浜平
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2022-07-11
Filing date: 2023-04-11
Publication date: 2024-01-18
Also published as: TW202405963A

Abstract

位置決め装置は、カメラと、カメラの撮像方向に配置されたレンズと、光合成ユニットと、演算装置と、を備える。光合成ユニットは、第１部品および第２部品の位置決めを行う際に、接合ヘッドおよびステージの間に配置され、接合ヘッド側から入射した光とステージ側から入射した光とを合成して、レンズ側に反射させる。カメラは、レンズを介して入射した光に基づいて、カメラ画像を撮像する。演算装置は、カメラ画像に基づいて、第１部品および第２部品の位置補正量を求める。

Description

位置決め装置、実装装置、位置決め方法および実装方法

　本開示は、例えば、電子部品などの位置決めをする際に用いられる位置決め装置、実装装置、位置決め方法および実装方法に関するものである。

　従来より、電子部品などを製造する場合、カメラを用いて基板やチップ部品などの部品の位置を把握し、各部品の位置決めが行われる。その際に、カメラによって認識された位置ズレ量に基づいて、各部品の位置ズレを補正するための移動が行われるが、認識補正後の接合ヘッドやステージの移動量を極小化することで、移動誤差を小さくすることができる。

　例えば、特許文献１では、基板の実装位置直上まで部品を配置しておき、お互いの接合面となるチップ裏面と、基板表面の位置決めマークとを認識できるような光学系を用いている。特に、特許文献１は、チップ裏面の位置決めマークを撮像する上視野用の光学系と基板表面の位置決めマークを撮像する下視野用の光学系とが別々に構成されているため、プリズムの反射後の上視野の光軸と下視野の光軸が同軸となり、上視野と下視野を同軸で撮像可能となっている。このような構造により、光学系で撮像した情報からチップと基板との水平位置を合わせれば、接合ヘッドの動作が下降するのみで基板にチップが実装できるので、装置移動による誤差を最小化することができ、高精度な実装を行うことができる。

特許第４６４２５６５号公報

　しかしながら、１０μｍ以下の超高精度な位置決めを行う場合、チップ認識用の光学系と基板認識用の光学系を構成するプリズムやミラー、カメラなどの一部の部品もしくは複数の部品がわずかに熱膨張しただけで、光路にズレが生じる。そのため、チップ認識用の光路と基板認識用の光路の同軸が崩れてしまい、位置決め精度が悪化してしまう。

　そこで、本開示は、位置決めの精度低下を抑止することができる位置決め装置、実装装置、位置決め方法および実装方法を提供することを目的とする。

　上記の目的を達成するために、本開示の一実施形態に係る位置決め装置は、接合ヘッドに保持された第１部品を、ステージに載置された第２部品に実装するときに、前記第１部品と前記第２部品との位置決めを行う位置決め装置であって、カメラと、前記カメラの光軸方向に配置されたレンズと、光学素子と、演算装置と、を備え、前記光学素子は、前記第１部品および前記第２部品の位置決めを行う際に、前記接合ヘッドおよび前記ステージの間に配置され、前記接合ヘッド側から入射した光と前記ステージ側から入射した光とを合成して、前記レンズ側に反射させ、前記カメラは、前記レンズを介して入射した光に基づいて、カメラ画像を撮像し、前記演算装置は、前記カメラ画像に基づいて、前記第１部品および前記第２部品の位置補正量を求める、位置決め装置。

　本開示によると、位置決めの精度低下を抑止することができる。

第１実施形態に係る位置決め装置の側面図。第１実施形態に係る位置決め装置の動作を説明するためのフローチャート。カメラ画像の画像例。第２実施形態に係る位置決め装置の側面図。第３実施形態に係る位置決め装置の側面図。第４実施形態に係る位置決め装置の側面図。第５実施形態に係る位置決め装置の側面図。第６実施形態に係る位置決め装置の側面図。第７実施形態に係る位置決め装置の側面図。第８実施形態に係る位置決め装置の側面図。第９実施形態に係る位置決め装置の側面図。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

　（第１実施形態）
　図１は第１実施形態に係る位置決め装置の側面図を示す。なお、以下の説明において、カメラ１の撮像方向（レンズ２の光軸方向）をＹ方向、上下方向をＺ方向、Ｙ方向およびＺ方向と垂直をなす方向をＸ方向とする。

　図１に示すように、第１実施形態に係る位置決め装置１００は、カメラ１、レンズ２、光合成ユニット３（光学素子）、演算装置８を備える。演算装置８の一例は、プロセッサを備えるコンピュータである。また、図１に示すように、接合ヘッド５には、第１部品Ｐ１が保持されており、ステージ６には、第２部品Ｐ２が載置されている。なお、位置決め装置１００、接合ヘッド５およびステージ６が実装装置に相当する。

　カメラ１は、レンズ２および光合成ユニット３を介して、接合ヘッド５に保持された第１部品Ｐ１と、ステージ６に載置された第２部品Ｐ２とを撮像する（詳しくは後述する）。カメラ１は、撮像したカメラ画像を、演算装置８に出力する。

　レンズ２は、光軸がカメラ１の撮像方向と一致するように取り付けられている。レンズ２は、ピント位置が若干ズレても位置の変化が小さいテレセントリック光学系であることが望ましいが、ピント位置へのワーク搬送精度が高い場合は、この限りではない。

　光合成ユニット３は、レンズ２の光軸上（カメラ１の撮像方向）に配置されている。

　光合成ユニット３は、ハーフミラー３ａとミラー３ｂとを備える。

　図１に示すように、ハーフミラー３ａは、接合ヘッド５から入射した光をレンズ２の光軸方向に反射させる。また、ハーフミラー３ａは、ステージ６から入射した光をミラー３ｂに反射させる。ミラー３ｂは、ハーフミラー３ａから入射した光を、レンズ２の光軸方向に反射させる。すなわち、ハーフミラー３ａおよびミラー３ｂは、接合ヘッド５から入射した光とステージ６から入射した光とを合成し、レンズ２側に反射させる。例えば、ハーフミラー３ａは、ＸＺ平面に対して、４５°の傾きを有するように配置される。なお、ハーフミラー３ａは、接合ヘッド５から入射した光をミラー３ｂに反射させ、ステージ６から入射した光をレンズ２の光軸方向に反射させてもよい。また、ハーフミラー３ａは、必ずしもキューブタイプである必要はなく、平板タイプでもよい。

　図１に示すように、レンズ２および光合成ユニット３は、光学ユニットベース９に保持されている。なお、レンズ２と光学ユニットベース９との間にピントなど位置調整機構を入れてもよい。また、光合成ユニット３と光学ユニットベース９との間に位置の微調整機構を入れても良い。また本実施形態ではレンズ２および光合成ユニット３は同一の光学ユニットベース９で固定されているが、レンズ２および光合成ユニット３に対してそれぞれ光学ユニットベース９を設置しても良い。

　上述したように、接合ヘッド５には、第１部品Ｐ１が保持されており、ステージ６には、第２部品Ｐ２が載置されている。例えば、第１部品Ｐ１は、チップ部品であり、第２部品Ｐ２は基板である。第１部品および第２部品は、電子部品などの完成品の一部である。第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２は、例えば、供給ヘッドなど（図示省略）によってピックアップされた後、接合ヘッド５およびステージ６にそれぞれ保持および載置される。

　なお、図示は省略しているが、接合ヘッド５およびステージ６は、移動機構により、位置変更が可能である。具体的には、接合ヘッド５およびステージ６は、それぞれ、水平方向であるＸＹ方向、垂直方向であるのＺ方向および、Ｚ軸に対して回転方向であるθ方向に相対位置の変更が可能である。接合ヘッド５およびステージ６は、実装動作時には、接合ヘッド５がステージ６に向かって－Ｚ方向に移動する。この場合、接合ヘッド５が光合成ユニット３と衝突しないように、光学系（カメラ１、レンズ２、光合成ユニット３など）がＹ方向またはＸ方向に移動（前進および後退）する。このとき、光学系全体を移動させてもよいし、光合成ユニット３のみが後退してもよい。

　（位置決め装置の動作について）
　図２は第１実施形態に係る位置決め装置の動作を説明するためのフローチャートである。

　まず、ワークが本位置決め装置にセットされる（ステップＳ１）。具体的には、図略の供給ヘッドにより、第１部品Ｐ１を接合ヘッド５に保持させ、第２部品Ｐ２をステージ６に載置する。このとき、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２の表面には、それぞれ、位置合わせ点が付されている。これらの位置合わせ点が互いに対向するように、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２は、接合ヘッド５およびステージ６に保持および載置される。なお、この位置合わせ点は、例えば、フリップチップボンダであれば、マークや電極である。また、フリップチップボンダであれば、第１部品Ｐ１は、供給ヘッドでピックアップされた後、上下反転して接合ヘッド５に保持される。一方、ダイボンダ形式であれば、供給ヘッドでピックアップされた後、上下反転させずに接合ヘッド５に保持される。その際に、一旦専用ステージ（図未記載）等に載置する事が多いが、接合ヘッド５に第1部品を保持させるまでの経路は問わない。なお、ダイボンダ形式において、供給ヘッドを用いずに、接合ヘッド５が第１部品Ｐ１をウェハから直接ピックアップしてもよい。

　カメラ１は、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２を撮像する（ステップＳ２）。具体的に、カメラ１、レンズ２および光合成ユニット３を移動させ、第１部品Ｐ１（接合ヘッド５）および第２部品Ｐ２（ステージ６）の間に、光合成ユニット３を配置する。そして、カメラ１は、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２を撮像したカメラ画像Ａを、演算装置８に出力する。

　演算装置８は、カメラ画像Ａに基づいて、第１部品Ｐ１と第２部品Ｐ２との相対位置を求め、第１部品Ｐ１と第２部品Ｐ２との位置補正量を算出する（ステップＳ３）。具体的には、カメラ画像Ａに含まれる、位置決めのために用いられるマークを検出する。図３（ａ）は、第１実施形態に係るカメラ画像の画像例である。図３（ａ）では、マークＭ１，Ｍ２が第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２のそれぞれの位置決めに用いられるマークである。このマークＭ１，Ｍ２の重なり合う位置が第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２の基準位置となる。すなわち、マークＭ１，Ｍ２の距離が第１部品Ｐ１と第２部品Ｐ２との位置補正量となる。なお、図３では、マークＭ１を十字型、マークＭ２を正方形としているが、マークＭ１,Ｍ２の形状は任意に設定することができる。

　演算装置８は、算出した位置補正量に基づき、位置補正が必要か否かを判定する（ステップＳ４）。演算装置８は、位置補正量が所定値以上である場合、位置補正が必要と判定し（ステップＳ４のＹｅｓ）ステップＳ３で算出した位置補正量に基づき、第１部品Ｐ１と第２部品Ｐ２との位置を補正（移動）する（ステップＳ５）。その後、ステップＳ２に戻る。

　一方、演算装置８は、位置補正量が所定値以下である場合、位置補正が不要と判定し（ステップＳ４のＹｅｓ）、実装動作を行う（ステップＳ６）。具体的には、ステージ６に向けて、接合ヘッド５をＺ方向に移動させ、第１部品Ｐ１を第２部品Ｐ２に載置する。

　以上に説明したように、第１実施形態に係る位置決め装置１００は、カメラ１と、カメラ１の撮像方向に配置されたレンズ２と、光合成ユニット３（光学素子）と、演算装置８と、を備える。光合成ユニット３は、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２の位置決めを行う際に、接合ヘッド５およびステージ６の間に配置され、接合ヘッド５側から入射した光とステージ６側から入射した光とを合成して、レンズ２側に反射させる。カメラ１は、レンズ２を介して入射した光に基づいて、カメラ画像Ａを撮像する。演算装置８は、カメラ画像Ａに基づいて、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２の位置補正量を求める。これにより、１つのカメラで、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２の位置を認識することができるため、光学系を構成する部品点数を削減することができる。したがって、光学系を構成する部品の熱膨張の発生を抑止することができるため、位置決め精度の低下を抑止することができる。

　（第２実施形態）
　図４は第２実施形態に係る位置決め装置の側面図を示す。図４の位置決め装置は、図１とほぼ同様に構成されるが、同軸照明１１と、斜光照明１２ａ，１２ｂ（第２照明および第３照明）とをさらに備える。

　同軸照明１１（第１照明、第４照明）は、ハーフミラー１３を介して、光合成ユニット３に対してＹ方向に光を照射することによって、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２に対してＺ方向から光を照射するものである。斜光照明１２ａ（第２照明）は、第１部品Ｐ１に対して、斜め方向（光合成ユニット３から第１部品Ｐ１へ向かう方向に対して傾いている方向）から光をそれぞれ照射するものである。斜光照明１２ｂ（第３照明）は、第２部品Ｐ２に対して、斜め方向（光合成ユニット３から第２部品Ｐ２へ向かう方向に対して傾いている方向）から光をそれぞれ照射するものである。

　第２実施形態では、同軸照明１１および斜光照明１２ａ，１２ｂにより、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２に対して、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２のそれぞれに付されたマークＭ１，Ｍ２がより鮮明にカメラ画像Ａに表示される。このため、より正確に第１部品Ｐ１と第２部品Ｐ２との位置補正量を求めることができる。なお、本実施形態に係る位置決め装置１００は、同軸照明１１を備え、斜光照明１２ａ，１２ｂを備えていなくてもよい。また、本実施形態に係る位置決め装置１００は、同軸照明１１を備えず、斜光照明１２ａ，１２ｂを備えていてもよい。いずれの構成であっても、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２に対して、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２のそれぞれに付されたマークＭ１，Ｍ２がより鮮明にカメラ画像Ａに表示される。このため、より正確に第１部品Ｐ１と第２部品Ｐ２との位置補正量を求めることができる。

　（第３実施形態）
　図５は第３実施形態に係る位置決め装置の側面図を示す。図５の位置決め装置は、図４とほぼ同様に構成されるが、メカニカルシャッタ２１，２２をさらに備える。

　メカニカルシャッタ２１（第１遮蔽手段、第３遮蔽手段）は、光合成ユニット３と接合ヘッド５との間に配置される。メカニカルシャッタ２２（第１遮蔽手段、第４遮蔽手段）は、光合成ユニット３とステージ６との間に配置される。メカニカルシャッタ２１,２２は、図略のシャッタ駆動部により駆動され、開閉される。具体的には、メカニカルシャッタ２１が閉じられると、接合ヘッド５から光合成ユニット３（ハーフミラー３ａ）への入光が遮蔽される。また、メカニカルシャッタ２２が閉じられると、ステージ６から光合成ユニット３（ハーフミラー３ａ）への入光が遮蔽される。

　次に、第３実施形態における位置決め装置の動作を説明する。第３実施形態の位置決め装置は、図２のフローチャートと同様の動作を行うが、ステップＳ２,Ｓ３の動作が異なる。

　ステップＳ２において、２つのカメラ画像Ａが撮像される。具体的には、メカニカルシャッタ２１を開け、メカニカルシャッタ２２を閉じた状態で、カメラ１は撮像を行い、カメラ画像Ａ１（第１カメラ画像、図３（ｂ）参照）を撮像する。次に、メカニカルシャッタ２１を閉じ、メカニカルシャッタ２２を開けた状態で、カメラ１は撮像を行い、カメラ画像Ａ２（第２カメラ画像、図３（ｃ）参照）を撮像する。このとき、カメラ画像Ａ１には、第１部品Ｐ１が撮像され、カメラ画像Ａ２には、第２部品Ｐ２が撮像される。

　そして、ステップＳ３において、カメラ画像Ａ１,Ａ２から位置決めのために用いられるマークをそれぞれ検出し、第１部品Ｐ１と第２部品Ｐ２との位置補正量を算出する。

　第３実施形態では、メカニカルシャッタ２１，２２（第１遮蔽手段）を開閉することにより、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２が異なるカメラ画像Ａ（カメラ画像Ａ１，Ａ２）に撮像される。このため、カメラ画像Ａ１，Ａ２ごとに撮像条件を変化させることにより、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２のそれぞれに付されたマークＭ１，Ｍ２をより鮮明に撮像することができる。したがって、より正確に第１部品Ｐ１と第２部品Ｐ２との位置補正量を求めることができる。

　（第４実施形態）
　図６は第４実施形態に係る位置決め装置の側面図を示す。図６の位置決め装置は、図４とほぼ同様に構成されるが、電子シャッタ２３，２４（第１遮蔽手段）をさらに備える。

　電子シャッタ２３は、光合成ユニット３と接合ヘッド５との間に配置される。電子シャッタ２４は、光合成ユニット３とステージ６との間に配置される。電子シャッタ２３,２４は、それぞれ、例えば、液晶や偏光板などで構成され、演算装置８から入力される電気信号に応じて、光を透過または遮蔽する。すなわち、電子シャッタ２３,２４は、演算装置８から入力される電気信号に従って、開閉される。具体的には、電子シャッタ２３が閉じられると、接合ヘッド５から光合成ユニット３（ハーフミラー３ａ）への入光が遮蔽される。また、電子シャッタ２４が閉じられると、ステージ６から光合成ユニット３（ハーフミラー３ａ）への入光が遮蔽される。

　次に、第４実施形態における位置決め装置の動作を説明する。第４実施形態の位置決め装置は、図２のフローチャートと同様の動作を行うが、ステップＳ２,Ｓ３の動作が異なる。

　ステップＳ２において、２つのカメラ画像Ａが撮像される。具体的には、電子シャッタ２３を開け、電子シャッタ２４を閉じた状態で、カメラ１は撮像を行い、カメラ画像Ａ１（図３（ｂ）参照）を撮像する。次に、電子シャッタ２３を閉じ、電子シャッタ２４を開けた状態で、カメラ１は撮像を行い、カメラ画像Ａ２（図３（ｃ）参照）を撮像する。このとき、カメラ画像Ａ１には、第１部品Ｐ１が撮像され、カメラ画像Ａ２には、第２部品Ｐ２が撮像される。

　そして、ステップＳ３において、カメラ画像Ａ３,Ａ４から位置決めのために用いられるマークをそれぞれ検出し、第１部品Ｐ１と第２部品Ｐ２との位置補正量を算出する。

　第４実施形態では、電子シャッタ２３，２４（第１遮蔽手段）を開閉することにより、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２が異なるカメラ画像Ａ（カメラ画像Ａ１，Ａ２）に撮像される。このため、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２のそれぞれに付されたマークＭ１，Ｍ２をより鮮明に撮像することができる。したがって、より正確に第１部品Ｐ１と第２部品Ｐ２との位置補正量を求めることができる。

　また、電子シャッタ２３，２４は、物理的な動作を伴わずに開閉可能であるため、シャッタの開閉による位置決め装置のゆがみ・振動等を抑えることができる。これにより、より高精度な位置決めを行うことができる。

　（第５実施形態）
　図７は第５実施形態に係る位置決め装置の側面図を示す。図７の位置決め装置は、図４とほぼ同様に構成されるが、カラーフィルタ２５，２６をさらに備える。また、同軸照明１１に代えて、同軸照明１１ａ，１１ｂが配置されている。

　同軸照明１１ａは、第１波長帯の光を照射する照明である。同軸照明１１ｂは、第２波長帯の光を照射する照明である。第１波長帯および第２波長帯は、互いに異なる波長帯（互いに重ならない帯域）である。例えば、第１波長帯は、可視光の赤色～近赤外の領域であり、第２波長帯は、短波長側は可視光青色付近の領域である。なお、第１波長帯および第２波長帯は、お互いに重なる領域がなければ、どのように設定してもよい。

　また、同軸照明１１ａ，１１ｂは、ハーフミラー１３，１４を介して、光合成ユニット３に対してＹ方向に光を照射する。また、斜光照明１２ａは、第１波長帯の光を照射し、斜光照明１２ｂは、第２波長帯の光を照射する。

　カラーフィルタ２５（第１カラーフィルタ）は、光合成ユニット３と接合ヘッド５との間に配置される。カラーフィルタ２６（第２カラーフィルタ）は、光合成ユニット３とステージ６との間に配置される。カラーフィルタ２５，２６は、第１波長帯および第２波長帯の光をそれぞれ透過させる。すなわち、接合ヘッド５（第１部品Ｐ１）には、第１波長帯の光が照射され、ステージ６（第２部品Ｐ２）には、第２波長帯の光が照射される。このため、カメラ画像Ａには、第１波長帯の光に基づいて第１部品Ｐ１の画像が表示され、第２波長帯の光に基づいて第２部品Ｐ２の画像が表示される。

　第５実施形態では、カラーフィルタ２５，２６（第１カラーフィルタおよび第２カラーフィルタ）により、異なる波長帯の光に基づいて、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２の画像がカメラ画像Ａに表示される。このため、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２のそれぞれに付されたマークＭ１，Ｍ２をより鮮明に撮像することができる。したがって、より正確に第１部品Ｐ１と第２部品Ｐ２との位置補正量を求めることができる。

　なお、同軸照明１１ａ，１１ｂは、いずれか一方のみが、光を照射してもよい。すなわち、同軸照明１１ａ，１１ｂにより、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２に対して、第１波長帯の帯域の光および第２波長帯の帯域の光を切り替えて照射することができる。これにより、第１部品Ｐ１が撮像されたカメラ画像、および、第２部品Ｐ２が撮像されたカメラ画像が生成可能となるため、第４実施形態などと同様の処理を行うことで、第１部品Ｐ１と第２部品Ｐ２との位置補正量を求めることができる。

　（第６実施形態）
　図８は第６実施形態に係る位置決め装置の側面図を示す。図８の位置決め装置は、図４とほぼ同様に構成されるが、カメラ１に代えて偏光カメラ１ａが配置されている。また、ハーフミラー３ａに代えて、偏光ビームスプリッタ３ｃが配置されている。また、偏光ビームスプリッタ３ｃとミラー３ｂとの間に、１／４波長板３ｄが配置されている。

　偏光ビームスプリッタ３ｃは、入射した光のうち、Ｓ偏光（第１偏光）を透過させ、Ｐ偏光（第２偏光）を反射させる光学素子である。１／４波長板３ｄは、入射した光に、直交する偏光成分の間にλ／４の位相差を生じさせる光学素子である。すなわち、１／４波長板３ｄは、透過する光の偏光方向を変化させるものである。

　偏光カメラ１ａは、入射した光の偏光方向に応じて、カメラ画像を生成するカメラである。本実施形態では、偏光カメラ１ａは、Ｓ偏光に基づいて１のカメラ画像を生成し、Ｐ偏光に基づいて１のカメラ画像を生成する。

　第６実施形態では、同軸照明１１から偏光ビームスプリッタ３ｃに対して照射された光のうち、Ｓ偏光（以下、「第１光」という）が、偏光ビームスプリッタ３ｃによって反射され、接合ヘッド５に照射される。そして、第１光の一部である第３光は、第１部品Ｐ１の表面によって反射され、さらに偏光ビームスプリッタ３ｃによって反射され、偏光カメラ１ａに入射する。

　また、同軸照明１１から偏光ビームスプリッタ３ｃに対して照射された照射光のうち、Ｐ偏光（以下、「第２光」という）が、偏光ビームスプリッタ３ｃを透過し、ミラー３ｂに入射する。このとき、第２光は、１／４波長板３ｄを透過するため、Ｐ偏光から円偏光に変化する。その後、第２光は、ミラー３ｂによって反射され、偏光ビームスプリッタ３ｃに入光する。このとき、第２光は、再度１／４波長板３ｄを透過するため、円偏光からＳ偏光に変化する。このため、第２光は、偏光ビームスプリッタ３ｃによって反射され、ステージ６に照射される。そして、第２光の一部である第４光は、第１部品Ｐ１の表面によって反射され、さらに偏光ビームスプリッタ３ｃによって反射され、ミラー３ｂに入射する。このとき、第４光は、１／４波長板３ｄを透過するため、Ｓ偏光から円偏光に変化する。その後、第４光は、ミラー３ｂによって反射され、偏光ビームスプリッタ３ｃに入光する。このとき、第４光は、再度１／４波長板３ｄを透過するため、円偏光からＰ偏光に変化する。このため、第４光は、偏光ビームスプリッタ３ｃを透過し、カメラ１に入射する。

　すなわち、第１部品Ｐ１の画像が、同軸照明１１の照射光のうちＳ偏光（第３光）によって生成され、第２部品Ｐ２の画像が、同軸照明１１の照射光のうちＰ偏光（第４光）によって生成される。このため、偏光カメラ１ａは、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２ごとにカメラ画像Ａを撮像（生成）する。

　第６実施形態では、偏光ビームスプリッタ３ｃおよび１／４波長板３ｄにより、異なる偏光方向の光に基づいて、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２の画像がカメラ画像Ａに表示される。このため、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２のそれぞれに付されたマークＭ１，Ｍ２をより鮮明に撮像することができる。したがって、より正確に第１部品Ｐ１と第２部品Ｐ２との位置補正量を求めることができる。

　（第７実施形態）
　図９は第７実施形態に係る位置決め装置の側面図を示す。図９の位置決め装置は、図８とほぼ同様に構成されるが、偏光板２７，２８をさらに備える。

　偏光板２７（第１偏光板、第３偏光板）は、光合成ユニット３と接合ヘッド５との間に配置される。偏光板２８（第１偏光板、第３偏光板）は、光合成ユニット３とステージ６との間に配置される。偏光板２７，２８は、所定の偏光方向の光を透過させる光学素子である。また、偏光板２７，２８は、駆動部２７ａ，２８ａ（第１駆動手段）によりそれぞれの向きを変更される。すなわち、偏光板２７，２８は、駆動部２７ａ，２８ａにより、透過する光の偏光方向が変化される。

　次に、第７実施形態における位置決め装置の動作を説明する。第７実施形態の位置決め装置は、図２のフローチャートと同様の動作を行うが、ステップＳ２,Ｓ３の動作が異なる。

　ステップＳ２において、２つのカメラ画像Ａが撮像される。具体的には、偏光板２７が第１光を透過させ、偏光板２８が第２光を透過させないようにそれぞれ向きを変えられた状態で、カメラ１は撮像を行い、カメラ画像Ａ２（第３カメラ画像、図３（ｂ）参照）を撮像する。次に、偏光板２７が第１光を透過させず、偏光板２８が第２光を透過させるようにそれぞれ向きを変えられた状態で、カメラ１は撮像を行い、カメラ画像Ａ３（第４カメラ画像、図３（ｃ）参照）を撮像する。なお、上述したように、第１光および第２光は、偏光板２７，２８をそれぞれ透過する際には、Ｓ偏光となっている。

　第３実施形態では、偏光板２７，２８（第１偏光板）の向きを変えることにより、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２が異なるカメラ画像Ａ（カメラ画像Ａ１，Ａ２）に撮像される。このため、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２のそれぞれに付されたマークＭ１，Ｍ２をより鮮明に撮像することができる。したがって、より正確に第１部品Ｐ１と第２部品Ｐ２との位置補正量を求めることができる。

　また、偏光板２７，２８は、重心移動量が小さいため、偏光板２７，２８の向きの変更による位置決め装置のゆがみ等を抑えることができる。これにより、より高精度な位置決めを行うことができる。

　なお、図９において、偏光板２７，２８に代えて、電気信号に応じて透過する光の偏光方向を変化させる偏光素子を配置してもよい。

　（第８実施形態）
　図１０は第８実施形態に係る位置決め装置の側面図を示す。図１０の位置決め装置は、図８とほぼ同様に構成されるが、電子シャッタ２９，３０（第２遮蔽手段）をさらに備える。

　電子シャッタ２９は、光合成ユニット３と接合ヘッド５との間に配置される。電子シャッタ３０は、光合成ユニット３とステージ６との間に配置される。電子シャッタ２９,３０は、それぞれ、例えば、液晶や偏光板などで構成され、演算装置８からの電気信号に応じて、光を透過または遮蔽する。すなわち、電子シャッタ２９,３０は、所定の信号に従って、開閉される。具体的には、電子シャッタ２９が閉じられると、接合ヘッド５から光合成ユニット３（ハーフミラー３ａ）への入光が遮蔽される。また、電子シャッタ３０が閉じられると、ステージ６から光合成ユニット３（ハーフミラー３ａ）への入光が遮蔽される。

　この電子シャッタ２９に液晶を用いる場合は、偏光板と偏光方向を切り替える液晶とのセットで使用し、偏光ビームスプリッタ３ｃと偏光方向の組み合わせでシャッタ（透過および遮蔽）しても良い。例えば、ワーク側からの光を偏光板を用いてＳ偏光とした後、液晶（電子シャッタ２９）で偏光方向を変えない場合はそのままＳ偏光となり、偏光ビームスプリッタ３ｃで反射させ、撮像することが出来る。一方で、ワーク側からの光を偏光板を用いてＳ偏光とした後、液晶に印加する電圧を変えて偏光方向を変えた場合、液晶を通過した光はＰ偏光とすることが出来る。この場合、偏光ビームスプリッタ３ｃを透過する為、撮像はできない。このような原理で撮像可否を電気的に選択することもできる。

　次に、第８実施形態における位置決め装置の動作を説明する。第８実施形態の位置決め装置は、図２のフローチャートと同様の動作を行うが、ステップＳ２,Ｓ３の動作が異なる。

　ステップＳ２において、２つのカメラ画像Ａが撮像される。具体的には、電子シャッタ２９を開け、電子シャッタ３０を閉じた状態で、カメラ１は撮像を行い、カメラ画像Ａ１（図３（ｂ）参照）を撮像する。次に、電子シャッタ２９を閉じ、電子シャッタ３０を開けた状態で、カメラ１は撮像を行い、カメラ画像Ａ２（図３（ｃ）参照）を撮像する。このとき、カメラ画像Ａ１には、第１部品Ｐ１が撮像され、カメラ画像Ａ２には、第２部品Ｐ２が撮像される。

　第８実施形態では、電子シャッタ２９，３０（第２遮蔽手段）を開閉することにより、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２が異なるカメラ画像Ａ（カメラ画像Ａ１，Ａ２）に撮像される。このため、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２のそれぞれに付されたマークＭ１，Ｍ２をより鮮明に撮像することができる。したがって、より正確に第１部品Ｐ１と第２部品Ｐ２との位置補正量を求めることができる。

　また、電子シャッタ２９，３０は、物理的な動作を伴わずに開閉可能であるため、シャッタの開閉による位置決め装置のゆがみ等を抑えることができる。これにより、より高精度な位置決めを行うことができる。

　（第９実施形態）
　図１１（ａ）は第９実施形態に係る位置決め装置の側面図を示す。図１１（ａ）の位置決め装置は、図８とほぼ同様に構成されるが、偏光板３１をさらに備える。

　偏光板３１（第２偏光板）は、レンズ２と光合成ユニット３との間に配置される。偏光板３１は、所定の偏光方向の光を透過させる光学素子である。また、偏光板３１は、駆動部３１ａ（第２駆動手段）によりそれぞれの向きを変更される。すなわち、偏光板３１は、駆動部３１ａにより、透過する光の偏光方向が変化される。

　次に、第１０実施形態における位置決め装置の動作を説明する。第１０実施形態の位置決め装置は、図２のフローチャートと同様の動作を行うが、ステップＳ２,Ｓ３の動作が異なる。

　ステップＳ２において、２つのカメラ画像Ａが撮像される。具体的には、偏光板３１がＳ偏光を透過させ、Ｐ偏光を遮蔽するように偏光板３１の向きを変えた状態で、カメラ１は撮像を行い、カメラ画像Ａ１（第５カメラ画像、図３（ｂ）参照）を撮像する。このとき、偏光板３１をＳ偏光が透過するため、カメラ画像Ａ１には、第１部品Ｐ１が撮像される。次に、偏光板３１がＳ偏光を遮蔽し、Ｐ偏光を透過させるように偏光板３１の向きを変えた状態で、カメラ１は撮像を行い、カメラ画像Ａ２（第５カメラ画像、図３（ｃ）参照）を撮像する。このとき、偏光板３１をＰ偏光が透過するため、カメラ画像Ａ２には、第２部品Ｐ２が撮像される。

　第９実施形態では、偏光板３１の向きを変えることにより、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２が異なるカメラ画像Ａ（カメラ画像Ａ１，Ａ２）に撮像される。このため、第１部品Ｐ１および第２部品Ｐ２のそれぞれに付されたマークＭ１，Ｍ２をより鮮明に撮像することができる。したがって、より正確に第１部品Ｐ１と第２部品Ｐ２との位置補正量を求めることができる。

　図１１（ｂ）は第９実施形態に係る位置決め装置の他の例の側面図を示す。図１１（ｂ）では、図１１（ａ）とほぼ同様に構成されるが、偏光板３１に代えて、電気信号に応じて透過する光の偏光方向を変化させる偏光素子３２が配置されている。この構成であっても、図１１（ａ）と同様の効果を得ることができる。

　なお、上記第１～第５実施形態において、ハーフミラー３ａは、接合ヘッド５から入射した光をレンズ２の光軸方向に反射させ、ステージ６から入射した光をミラー３ｂに反射させたが、これに限られない。例えば、ハーフミラー３ａは、接合ヘッド５から入射した光をミラー３ｂに反射させ、ステージ６から入射した光をレンズ２の光軸方向に反射させてもよい。

　また、上記第６～第９実施形態において、偏光ビームスプリッタ３ｃは、入射した光のうち、Ｓ偏光を透過させ、Ｐ偏光を反射させたが、これに限られない。例えば、偏光ビームスプリッタ３ｃは、入射した光のうち、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射させてもよい。すなわち、偏光ビームスプリッタ３ｃを透過した光が第１部品Ｐ１に照射され、偏光ビームスプリッタ３ｃによって反射された光が第２部品Ｐ２に照射されてもよい。なお、偏光ビームスプリッタ３ｃは、Ｓ偏光を反射させ、Ｐ偏光を透過させてもよい。

　本開示の位置決め装置は、電子部品などの製造時の位置決めをする際に用いることができる。

　１　カメラ
　１ａ　偏光カメラ
　２　レンズ
　３　光合成ユニット（光学素子）
　３ａ　ハーフミラー
　３ｃ　偏光ビームスプリッタ
　３ｄ　１／４波長板
　５　接合ヘッド
　６　ステージ
　８　演算装置
　１１　同軸照明（第１照明、第４照明）
　１２ａ　斜光照明（第２照明）
　１２ｂ　斜光照明（第３照明）
　２１，２２　メカニカルシャッタ（第１遮蔽手段）
　２３　電子シャッタ（第１遮蔽手段、第３遮蔽手段）
　２４　電子シャッタ（第１遮蔽手段、第４遮蔽手段）
　２５　カラーフィルタ（第１カラーフィルタ）
　２６　カラーフィルタ（第２カラーフィルタ）
　２７　偏光板（第１偏光板、第３偏光板）
　２８　偏光板（第１偏光板、第４偏光板）
　２７ａ，２８ａ　駆動部（第１駆動手段）
　２９，３０　電子シャッタ（第２遮蔽手段）
　３１　偏光板（第２偏光板）
　３１ａ　駆動部（第２駆動部）
　３２　偏光素子
　Ａ　カメラ画像
　Ａ１　カメラ画像（第１カメラ画像、第３カメラ画像、第５カメラ画像）
　Ａ２　カメラ画像（第２カメラ画像、第４カメラ画像、第６カメラ画像）
　Ｍ１，Ｍ２　マーク
　Ｐ１　第１部品
　Ｐ２　第２部品

Claims

　接合ヘッドに保持された第１部品を、ステージに載置された第２部品に実装するときに、前記第１部品と前記第２部品との位置決めを行う位置決め装置であって、
　カメラと、
　前記カメラの撮像方向に配置されたレンズと、
　光学素子と、
　演算装置と、を備え、
　前記光学素子は、前記第１部品および前記第２部品の位置決めを行う際に、前記接合ヘッドおよび前記ステージの間に配置され、前記接合ヘッド側から入射した光と前記ステージ側から入射した光とを合成して、前記レンズ側に反射させ、
　前記カメラは、前記レンズを介して入射した光に基づいて、カメラ画像を撮像し、
　前記演算装置は、前記カメラ画像に基づいて、前記第１部品および前記第２部品の位置補正量を求める、位置決め装置。
　前記カメラの撮像方向に沿って光を照射することにより、前記第１部品および前記第２部品の少なくともいずれか一方に前記光学素子を介して光を照射する第１照明をさらに備える、請求項１に記載の位置決め装置。
　前記光学素子は、ハーフミラーと、ミラーとを備え、
　前記ハーフミラーは、前記接合ヘッド側および前記ステージ側のいずれか一方側から入射した光を前記レンズ側に反射させ、かつ、前記接合ヘッド側および前記ステージ側のいずれか他方側から入射した光を前記ミラー側に反射させ、
　前記ミラーは、前記ハーフミラーから入射した光を、前記レンズ側に反射させる、請求項１に記載の位置決め装置。
　前記光学素子と前記接合ヘッドおよび前記ステージの少なくともいずれか一方との間に、前記光を遮蔽する第１遮蔽手段をさらに備える、請求項１に記載の位置決め装置。
　前記第１遮蔽手段は、メカニカルシャッタである、請求項４に記載の位置決め装置。
　前記第１遮蔽手段は、入力される電気信号にしたがって開閉する電子シャッタである、請求項４に記載の位置決め装置。
　前記接合ヘッドと前記光学素子との間に配置され、第１波長帯の光を透過させる第１カラーフィルタと、
　前記ステージと前記光学素子との間に配置され、前記第１波長帯とは重ならい帯域である第２波長帯の光を透過させる第２カラーフィルタと、
　前記第１部品および前記第２部品に対して、前記第１波長帯内の帯域の光と第２波長帯内の帯域の光を切り替えて照射することができる第３照明とをさらに備える、請求項１に記載の位置決め装置。
　前記光学素子に対して前記カメラの撮像方向に沿って光を照射する第４照明をさらに備え、
　前記光学素子は、
　　前記第４照明からの光を受け、入射した光のうち、第１偏光を反射させ、第２偏光を透過させる偏光ビームスプリッタと、
　　入射した光を反射させるミラーと、
　　前記偏光ビームスプリッタと前記ミラーとの間に配置され、透過する光の偏光方向を変化させる波長板と、を備え、
　前記偏光ビームスプリッタは、入射した光のうち、前記第１偏光である第１光を前記接合ヘッド側および前記ステージ側のいずれか一方側に反射させるとともに、前記第２偏光である第２光を透過させ、
　前記波長板は、前記偏光ビームスプリッタを透過した前記第２光を、前記第２偏光から円偏光に変化させるとともに、前記ミラーに入射させ、
　前記ミラーは、前記第２光を前記波長板側に反射させ、
　前記波長板は、前記第２光を前記円偏光から前記第１偏光に変化させるとともに、前記偏光ビームスプリッタに入射させ、
　前記偏光ビームスプリッタは、前記第２光を前記ステージ側および前記ステージ側のいずれか他方側に反射させる、請求項１に記載の位置決め装置。
　前記カメラは、前記第１光の一部である第３光および前記第２光の一部である第４光のそれぞれに基づいて前記カメラ画像を撮像する偏光カメラであり、
　前記第３光は、前記第１部品によって反射された後、前記偏光ビームスプリッタによって前記カメラ側に反射されることにより前記カメラに入光し、
　前記第４光は、前記第２部品によって反射され、前記偏光ビームスプリッタにより前記ミラー側に反射され、前記波長板によって前記第１偏光から前記円偏光に変化された後、前記ミラーによって前記偏光ビームスプリッタ側に反射され、前記波長板によって前記円偏光から前記第２偏光に変化され、前記偏光ビームスプリッタを透過することにより前記カメラに入光する、請求項８に記載の位置決め装置。
　前記光学素子と前記接合ヘッドおよび前記ステージの少なくともいずれか一方との間に配置された第１偏光板と、
　前記第１偏光板の向きを変化させることにより、前記第１偏光板を透過する光の偏光方向を変化させる第１駆動手段とをさらに備える、請求項８に記載の位置決め装置。
　前記光学素子と前記接合ヘッドおよび前記ステージの少なくともいずれか一方との間に、前記光を遮蔽する第２遮蔽手段をさらに備える、請求項８に記載の位置決め装置。
　前記偏光ビームスプリッタと前記レンズとの間に、配置された第２偏光板と、
　前記第２偏光板の向きを変化させることにより、前記第２偏光板を透過する光の偏光方向を変化させる第２駆動手段と、をさらに備える、請求項８に記載の位置決め装置。
　前記偏光ビームスプリッタと前記レンズとの間に、電気的手段により、透過させる光の偏光方向を変化させることが可能な偏光素子をさらに備える、請求項８に記載の位置決め装置。
　前記光学素子から前記第１部品へ向かう方向に対して傾いている方向から、前記第１部品に光を照射する第２照明と、
　前記光学素子から前記第２部品へ向かう方向に対して傾いている方向から、前記第２部品に光を照射する第３照明と、をさらに備える、請求項１に記載の位置決め装置。
　請求項１～１４のいずれか１項に記載の位置決め装置と、
　前記接合ヘッドと、
　前記ステージと、
　前記接合ヘッドおよび前記ステージの少なくともいずれか一方を移動させる移動機構とを備える、実装装置。
　請求項４に記載の位置決め装置を用いた位置決め方法であって、
　前記第１遮蔽手段は、
　　前記光学素子と前記接合ヘッドとの間に配置された第３遮蔽手段と、
　　前記光学素子と前記ステージとの間に配置された第４遮蔽手段と、を備え、
　前記第３遮蔽手段により前記接合ヘッドから前記光学素子へ入光する光を遮蔽した状態で、前記カメラが前記カメラ画像である第１カメラ画像を撮像するステップと、
　前記第４遮蔽手段により前記ステージから前記光学素子へ入光する光を遮蔽した状態で、前記カメラが前記カメラ画像である第２カメラ画像を撮像するステップと、
　前記演算装置が、前記第１カメラ画像および前記第２カメラ画像に基づいて、前記第１部品および前記第２部品の位置補正量を求めるステップとを備える、位置決め方法。
　請求項１０に記載の位置決め装置を用いた位置決め方法であって、
　前記第１偏光板は、
　　前記光学素子と前記接合ヘッドとの間に配置された第３偏光板と、
　　前記光学素子と前記ステージとの間に配置された第４偏光板と、を備え、
　前記第１駆動手段により、前記第３偏光板が前記第１光を透過させ、前記第４偏光板が前記第２光を遮蔽するように、前記第３偏光板および前記第４偏光板の向きを変えた状態で、前記カメラが前記カメラ画像である第３カメラ画像を撮像するステップと、
　前記第１駆動手段により、前記第３偏光板が前記第１光を遮蔽し、前記第４偏光板が前記第２光を透過するように、前記第３偏光板および前記第４偏光板の向きを変えた状態で、前記カメラが前記カメラ画像である第４カメラ画像を撮像するステップと、
　前記演算装置が、前記第３カメラ画像および前記第４カメラ画像に基づいて、前記第１部品および前記第２部品の位置補正量を求めるステップとを備える、位置決め方法。
　請求項１２に記載の位置決め装置を用いた位置決め方法であって、
　前記第２駆動手段により、前記第２偏光板が前記第４照明から入射した光のうち、前記第１偏光を透過し、前記第２偏光を遮蔽するように、前記第２偏光板の向きを変えた状態で、前記カメラが前記カメラ画像である第５カメラ画像を撮像するステップと、
　前記第２駆動手段により、前記第２偏光板が前記第４照明から入射した光のうち、前記第１偏光を遮蔽し、前記第２偏光を透過するように、前記第２偏光板の向きを変えた状態で、前記カメラが前記カメラ画像である第６カメラ画像を撮像するステップと、
　前記演算装置が、前記第５カメラ画像および前記第６カメラ画像に基づいて、前記第１部品および前記第２部品の位置補正量を求めるステップとを備える、位置決め方法。
　請求項１６～１８のいずれか１項に記載の位置決め方法と、
　前記第１部品を前記第２部品に実装するステップと、を備える実装方法。