WO2024084789A1 - 実装装置、実装方法および実装制御プログラム - Google Patents

実装装置、実装方法および実装制御プログラム Download PDF

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WO2024084789A1
WO2024084789A1 PCT/JP2023/029798 JP2023029798W WO2024084789A1 WO 2024084789 A1 WO2024084789 A1 WO 2024084789A1 JP 2023029798 W JP2023029798 W JP 2023029798W WO 2024084789 A1 WO2024084789 A1 WO 2024084789A1
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mounting
imaging unit
overhead
calibration
index
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PCT/JP2023/029798
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English (en)
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Inventor
耕平 瀬山
Original Assignee
株式会社新川
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/52—Mounting semiconductor bodies in containers

Definitions

  • the present invention relates to an implementation device, an implementation method, and an implementation control program.
  • a bonding device which is an example of a conventional mounting device
  • first an image of the work target such as a die pad
  • the camera is then retracted and the head unit supporting the bonding tool is moved directly above the work target to perform the bonding operation.
  • Bonding devices that employ such a configuration not only require a long operating time, but also have the problem of accumulation of movement errors relative to the work target position.
  • the use of an imaging unit that employs a Scheimpflug optical system that can capture an image of the work target from an oblique direction has become an option (see, for example, Patent Document 1).
  • imaging units that use Scheimpflug optics are prone to minute displacements of optical system elements due to temperature changes in the surrounding environment as displacements in the planar direction of the output image due to the structural characteristics of the optical system.
  • Displacement in the planar direction of the output image causes errors in the calculation of the target position at which the semiconductor chip should be placed, and therefore results in preventing the semiconductor chip from being mounted with high precision in its original target position.
  • so-called stacked die mounting and 2.5-dimensional mounting in which a semiconductor chip mounted on a substrate is stacked on top of another semiconductor chip, the height of the mounting surface on which each semiconductor chip is placed changes. In such cases, it has become clear that the amount of error varies for each height.
  • the present invention has been made to solve these problems, and provides a mounting device etc. that can accurately determine the target position for placing each mounting body using an imaging unit that employs a Scheimpflug optical system, even if the temperature of the surrounding environment changes, or even when multiple mounting bodies such as semiconductor chips are mounted on top of each other, and can mount and mount the mounting bodies at the target position on a substrate or another mounting body.
  • the mounting device in the first aspect of the present invention includes a mounting tool that picks up and holds a mounting body having a mounting surface and mounts the mounting surface in a planned mounting area that is set for a board placed on a stage or another mounting body already mounted on a board; an overhead imaging unit for imaging the planned mounting area from the same side of the stage surface as the mounting tool, the optical system and imaging element being arranged to satisfy the Scheimpflug condition so that a plane parallel to the stage surface of the stage is the focal plane; an overhead imaging unit for imaging the mounting body held by the mounting tool from the opposite side of the stage surface to the overhead imaging unit; a calibration index arranged so that it can be imaged by the overhead imaging unit and the overhead imaging unit; and a mounting control unit that recognizes the reference position of the mounting body based on the overhead image output by adjusting the position of the mounting tool so that the mounting surface is at the same height as the index surface of the calibration index, adjusts the position of the stage so that the surface to be mounted in the planned mounting area is at the same height as the index
  • a mounting method in a second aspect of the present invention includes a mounting tool that picks up and holds a mounting body having a mounting surface and mounts the mounting surface in a planned mounting area that is set for a board placed on a stage or another mounting body already mounted on a board, an overhead imaging unit for imaging the planned mounting area from the same side of the stage surface as the mounting tool, the optical system and imaging element being arranged to satisfy the Scheimpflug condition so that a plane parallel to the stage surface of the stage is the focal plane, and a mounting tool held by the mounting tool and the overhead imaging unit for imaging the planned mounting area from the same side of the stage surface as the mounting tool.
  • a mounting method for a mounted body using a mounting device equipped with an overhead-view imaging unit for capturing images from the opposite side of the mounting tool, and a calibration index arranged so that it can be captured by the overhead-view imaging unit and the overhead-view imaging unit includes a mounting control step of: adjusting the position of the mounting tool so that the mounting surface is at the same height as the index surface of the calibration index, recognizing the reference position of the mounted body based on the overhead-view image output by having the overhead-view imaging unit capture the mounting surface, adjusting the position of the stage so that the surface to be mounted in the intended mounting area is at the same height as the index surface, and mounting the mounted body on the surface to be mounted based on the reference position.
  • a mounting control program in a third aspect of the present invention includes a mounting tool that picks up and holds a mounting body having a mounting surface and mounts the mounting surface in a planned mounting area that is set for a board placed on a stage or another mounting body already mounted on a board, an overhead imaging unit for imaging the planned mounting area from the same side of the stage surface as the mounting tool, the optical system and imaging element being arranged to satisfy the Scheimpflug condition so that a plane parallel to the stage surface of the stage is the focal plane, and an overhead imaging unit for imaging the mounting body held by the mounting tool in a state opposite to the overhead imaging unit with respect to the stage surface.
  • a mounting control program that controls a mounting device equipped with an overhead-view imaging unit for capturing images from the opposite side, and a calibration index arranged so that it can be captured by the overhead-view imaging unit and the overhead-view imaging unit, executes a mounting control step in which the position of the mounting tool is adjusted so that the mounting surface is at the same height as the index surface of the calibration index, the mounting surface is captured by the overhead-view imaging unit, the mounting surface is captured, and the reference position of the mounting body is recognized based on the output overhead image, the position of the stage is adjusted so that the surface to be mounted in the intended mounting area is at the same height as the index surface, and mounting is performed on the surface to be mounted based on the reference position.
  • the present invention provides a mounting device that can accurately determine the target position for placing each mounting body using an imaging unit that employs a Scheimpflug optical system, even when the temperature of the surrounding environment changes, or when mounting multiple mounting bodies such as semiconductor chips on top of each other, and can mount and mount the mounting body at the target position on a substrate or another mounting body.
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a flip chip bonder including a bonding apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a system configuration diagram of a bonding apparatus.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a Scheimpflug optical system.
  • FIG. 13 is a diagram showing three imaging units capturing images of a calibration index. 13 is a diagram showing a state in which a bonding tool picks up a first semiconductor chip; 13 is a diagram showing a state in which the third imaging unit images the first semiconductor chip and the height of the first area surface is adjusted to the height of the index surface; FIG. FIG.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an upward-view image output by a third imaging unit; 13 is a diagram showing a state in which the first imaging unit and the second imaging unit image the lead frame which is the intended placement area.
  • FIG. FIG. 9 is a partial perspective view of FIG. 8 .
  • 13A and 13B are diagrams showing a procedure for calculating target coordinates on a die pad on which a first semiconductor chip is to be placed from the first bird's-eye image and the second bird's-eye image.
  • 1 is a diagram showing a state in which a bonding tool places a first semiconductor chip at a target position and bonds the first semiconductor chip;
  • FIG. 13 is a diagram showing a state in which the bonding tool is retracted.
  • FIG. 13 is a diagram showing how the third imaging unit images the second semiconductor chip and how the height of the second area surface is adjusted to the height of the index surface.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an upward-view image output by a third imaging unit; 13 is a diagram showing a state in which a first imaging unit and a second imaging unit image a first semiconductor chip, which is a planned mounting area.
  • FIG. 13A and 13B are diagrams showing a procedure for calculating target coordinates on the first semiconductor chip on which the second semiconductor chip is to be placed, from the first bird's-eye image and the second bird's-eye image; 13 is a diagram showing a state in which a bonding tool places a second semiconductor chip at a target position and bonds the second semiconductor chip; FIG. FIG.
  • FIG. 11 is a sub-flow diagram illustrating a procedure of a calibration control step.
  • FIG. 11 is a sub-flow diagram for explaining a procedure of a bonding control step.
  • 13 is a diagram showing how three imaging units capture images of a calibration index in another embodiment.
  • FIG. 11 is a flow chart for explaining a bonding procedure of a semiconductor chip in another embodiment.
  • FIG. 11 is a flow chart illustrating an additional procedure according to a further modified example.
  • the flip chip bonder is mainly composed of a bonding apparatus 100 and a chip supplying apparatus 500.
  • the chip supplying apparatus 500 is an apparatus that places a diced semiconductor chip 310 as a mounting body on its upper surface and supplies it to the bonding apparatus 100.
  • the chip supplying apparatus 500 includes a pickup mechanism 510 and an inversion mechanism 520.
  • the pickup mechanism 510 is an apparatus that pushes up any semiconductor chip 310 placed on it toward the inversion mechanism 520.
  • the inversion mechanism 520 is an apparatus that absorbs and inverts the semiconductor chip 310 pushed up by the pickup mechanism 510, thereby switching its vertical orientation.
  • the bonding device 100 is a device that picks up the first semiconductor chip 310a or the second semiconductor chip 310b that is inverted and adsorbed by the inversion mechanism 520 using a bonding tool 120 described below, and stacks and bonds them to a lead frame 330.
  • the first semiconductor chip 310a is placed on the lead frame 330 and bonded
  • the second semiconductor chip 310b is stacked on top of the first semiconductor chip 310a and bonded.
  • the lead frame 330 is an example of a substrate that is placed on the stage 190.
  • the bonding device 100 mainly comprises a head section 110, a bonding tool 120, a first imaging unit 130, a second imaging unit 140, a third imaging unit 150, a calibration unit 170, and a stage 190.
  • the head section 110 supports the bonding tool 120, the first imaging unit 130, and the second imaging unit 140, and can be moved in a planar direction and a vertical direction by a head drive motor 111.
  • the planar direction is the horizontal direction defined by the X-axis direction and the Y-axis direction as shown in the figure
  • the vertical direction (height direction) is the Z-axis direction that is perpendicular to the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the bonding tool 120 can be moved in the height direction relative to the head unit 110 by a tool drive motor 121, and can also rotate around the Z axis.
  • the bonding tool 120 is an example of a mounting tool, and has a collet 122 that adsorbs the semiconductor chip 310 at its tip, and a heater 124 that heats the semiconductor chip 310 adsorbed by the collet 122.
  • the bonding tool places the semiconductor chip 310 adsorbed to the collet 122 in a predetermined position, and bonds it by heating it with the heater 124 while applying pressure with the tip of the collet 122.
  • the first imaging unit 130 and the second imaging unit 140 are overhead imaging units that capture an image of the lead frame 330 from above.
  • the first imaging unit 130 is equipped with a first optical system 131 and a first imaging element 132, and is obliquely installed on the head part 110 with its optical axis directed downward from the bonding tool 120.
  • the first optical system 131 and the first imaging element 132 are positioned to satisfy the Scheimpflug condition so that a plane parallel to the stage surface 190a of the stage 190 becomes the focal plane 110a.
  • the second imaging unit 140 includes a second optical system 141 and a second imaging element 142, and is obliquely mounted on the head portion 110 on the opposite side of the bonding tool 120 from the first imaging unit 130, with its optical axis pointing downward from the bonding tool 120.
  • the second optical system 141 and the second imaging element 142 are positioned to satisfy the Scheimpflug condition so that a plane parallel to the stage surface 190a of the stage 190 becomes the focal plane 110a.
  • the first imaging unit 130 and the second imaging unit 140 may be collectively referred to as the "bird's-eye view imaging unit.”
  • the third imaging unit 150 is an imaging unit for viewing from above and imaging the semiconductor chip 310 held by the collet 122 of the bonding tool 120. As shown in the figure, the third imaging unit 150 is arranged in a space on the opposite side to the space in which the overhead imaging unit is arranged, assuming that the stage surface 190a of the stage 190 is the dividing surface.
  • the third imaging unit 150 includes a third optical system 151 and a third imaging element 152, and is installed with its optical axis facing upward.
  • the third imaging unit 150 is a general imaging unit in which the third optical system 151 and the third imaging element 152 are arranged so that the optical axis is perpendicular to the optical axis, and the focal plane 150a is parallel to the light receiving surface of the third imaging element 152.
  • the third imaging unit 150 may be referred to as an "imaging unit for viewing from above.”
  • the calibration unit 170 mainly comprises an index drive motor 171, an index plate 172, and a calibration index 173.
  • the calibration index 173 is a reference mark with a defined reference position, such as the intersection of a cross mark.
  • the index plate 172 is, for example, a thin plate of glass or transparent resin, and the calibration index 173 is printed on one surface of the index plate 172. In other words, the calibration index 173 can be observed from either side of the index plate 172.
  • the calibration index 173 is printed on the surface of the index plate 172 opposite the surface facing the third imaging unit 150.
  • the surface on which the calibration index 173 is printed is referred to as the index surface 173a.
  • the indicator plate 172 does not have to be transparent as long as the two calibration indicators 173 are printed on both sides of the indicator plate 172 without misalignment of their reference positions in the XY direction.
  • the thickness of the indicator plate 172 is set so that the calibration indicator 173 facing the third imaging unit 150 falls within the range of the depth of field of the third imaging unit 150.
  • the calibration indicator 173 is not limited to being printed, and may be provided by attaching a sticker or marking the surface of the indicator plate 172.
  • the surface opposite to the surface facing the third imaging unit 150 may be defined as the indicator surface 173a.
  • the error in the Z direction caused by the difference between the calibration indicators 173 captured by the first imaging unit 130 and the second imaging unit 140 and the calibration indicator 173 captured by the third imaging unit 150 may be corrected based on the thickness of the indicator plate 172, etc.
  • the index drive motor 171 rotates the index plate 172 around the Z axis to move the calibration index 173 near the center of the field of view of the third imaging unit 150 or to move it away from the field of view.
  • the respective positions are adjusted so that the calibration index 173 becomes the focal plane 150a of the third imaging unit 150.
  • the third optical system 151 has a depth of field that is a certain depth range including the focal plane 150a, so that a deviation between the index plane 173a and the focal plane 150a is allowed as long as it is within the range of the depth of field.
  • the stage 190 can be moved in the horizontal direction and the vertical direction by a stage drive motor 191. As will be described later in detail, the position of the stage 190 is adjusted according to the mounting process so that the first area surface 330a (the upper surface of the lead frame 330), which is the area surface of the planned mounting area on which the first semiconductor chip 310a is to be mounted, and the second area surface 330b (the upper surface of the first semiconductor chip 310a bonded to the lead frame 330), which is the area surface of the planned mounting area on which the second semiconductor chip 310b is to be mounted, are at the same height as the index surface 173a.
  • the first area surface 220a includes a mounted surface on which the mounting surface of the first semiconductor chip 310a is mounted.
  • the second area surface 330b includes a mounted surface on which the mounting surface of the second semiconductor chip 310b is mounted.
  • FIG. 2 is a system configuration diagram of the bonding apparatus 100.
  • the control system of the bonding apparatus 100 is mainly composed of an arithmetic processing unit 210, a memory unit 220, an input/output device 230, a first imaging unit 130, a second imaging unit 140, a third imaging unit 150, a head driving motor 111, a tool driving motor 121, an index driving motor 171, and a stage driving motor 191.
  • the arithmetic processing unit 210 is a processor (CPU: Central Processing Unit) that controls the bonding device 100 and executes programs.
  • the processor may be configured to work in conjunction with an arithmetic processing chip such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or a GPU (Graphics Processing Unit).
  • the arithmetic processing unit 210 reads out the bonding control program stored in the memory unit 220 and executes various processes related to bonding control.
  • the storage unit 220 is a non-volatile storage medium, and is configured, for example, by a HDD (Hard Disk Drive). In addition to the bonding control program, the storage unit 220 can store various parameter values, functions, lookup tables, etc. used for control and calculation. In particular, the storage unit 220 stores calibration data 221.
  • the calibration data 221, which will be described in detail later, is data related to calibration values that calibrate the difference between coordinate values calculated based on an overhead image and coordinate values calculated based on an upward-view image for the same observation target.
  • the input/output device 230 includes, for example, a keyboard, a mouse, and a display monitor, and is a device that accepts menu operations by the user and presents information to the user.
  • the calculation processing unit 210 may display the acquired overhead image or elevated image on a display monitor, which is one of the input/output devices 230.
  • the first imaging unit 130 receives an imaging request signal from the arithmetic processing unit 210, performs imaging, and transmits the first overhead image output by the first imaging element 132 to the arithmetic processing unit 210 as an image signal.
  • the second imaging unit 140 receives an imaging request signal from the arithmetic processing unit 210, performs imaging, and transmits the second overhead image output by the second imaging element 142 to the arithmetic processing unit 210 as an image signal.
  • the third imaging unit 150 receives an imaging request signal from the arithmetic processing unit 210, performs imaging, and transmits the overhead image output by the third imaging element 152 to the arithmetic processing unit 210 as an image signal.
  • the head drive motor 111 receives a drive signal from the arithmetic processing unit 210 and moves the head unit 110 in the horizontal and height directions.
  • the tool drive motor 121 receives a drive signal from the arithmetic processing unit 210 and moves the bonding tool 120 in the height direction and rotates it around the Z axis.
  • the index drive motor 171 receives a drive signal from the arithmetic processing unit 210 and rotates the index plate 172.
  • the stage drive motor 191 receives a drive signal from the arithmetic processing unit 210 and moves the stage 190 in the horizontal and height directions.
  • the arithmetic processing unit 210 also plays a role as a functional arithmetic unit that executes various calculations according to the processing instructed by the bonding control program.
  • the arithmetic processing unit 210 can function as an image acquisition unit 211, a drive control unit 212, a calibration control unit 213, and a bonding control unit 214.
  • the image acquisition unit 211 transmits an image acquisition request signal to the first imaging unit 130, the second imaging unit 140, and the third imaging unit 150, and acquires image signals of the first overhead image, the second overhead image, and the top-down image.
  • the drive control unit 212 moves the head unit 110, the bonding tool 120, the index plate 172, and the stage 190 to the target position by transmitting a drive signal according to the control amount to the head drive motor 111, the tool drive motor 121, the index drive motor 171, and the stage drive motor 191.
  • a drive signal to the pickup mechanism 510 and the inversion mechanism 520, the target semiconductor chip 310 is pushed up or sucked and inverted.
  • the calibration control unit 213 controls the image acquisition unit 211, drive control unit 212, etc. to calculate the above-mentioned calibration value based on the overhead image of the calibration index 173 captured and output by the overhead imaging unit and the upward-view image captured and output by the upward-view imaging unit.
  • the bonding control unit 214 is an example of a mounting control unit, and by controlling the image acquisition unit 211, drive control unit 212, etc., recognizes the reference position of the semiconductor chip 310 based on the upward-view image of the semiconductor chip 310 held by the bonding tool 120 captured and output by the upward-view imaging unit.
  • the bonding control unit 214 adjusts the position of the stage 190 so that the area surface of the intended mounting area of the semiconductor chip 310 is at the same height as the index surface 173a of the calibration index 173. Then, the bonding tool 120 places the semiconductor chip 310 in the intended placement area and bonds it so that the reference position matches the target position determined based on the above-mentioned calibration value and the overhead image captured by the overhead imaging unit of the intended placement area where the semiconductor chip 310 is to be placed. At this time, the bonding control unit 214 adjusts the position of the head unit 110 so that the focal plane 110a of the overhead imaging unit is at the same height as the area surface of the intended placement area. Specific controls and processes of the calibration control unit 213 and the bonding control unit 214 will be described in detail later.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the Scheimpflug optical system used in the first imaging unit 130.
  • a similar Scheimpflug optical system is also used in the second imaging unit 140, but here we will explain the Scheimpflug optical system of the first imaging unit 130 as a representative.
  • plane S1 is a focal plane 110a that is parallel to the stage surface of the stage 190.
  • Virtual plane S2 is a plane that includes a principal plane of the first optical system 131 that includes an object-side lens group 131a and an image-side lens group 131b.
  • Plane S3 is a plane that includes a light receiving surface of the first image sensor 132.
  • the Scheimpflug optical system includes the first optical system 131 and the first image sensor 132 that are arranged to satisfy the Scheimpflug condition.
  • An arrangement that satisfies the Scheimpflug condition is an arrangement in which the plane S1 , virtual plane S2 , and virtual plane S3 intersect with each other on a common straight line P.
  • the aperture 133 is disposed between the object-side lens group 131a and the image-side lens group 131b, and limits the light beam passing through.
  • the depth of field D P can be adjusted by the diameter of the aperture 133. Therefore, for example, if the first area surface 330a or the second area surface 330b is located within this depth of field, the first imaging unit 130 can capture the pad reference mark and the stacking reference mark described later in a focused state. In this sense, the position control for adjusting the focal plane 110a to be at the same height as a certain surface allows deviation within the range of the depth of field D P.
  • the second imaging unit 140 has a configuration similar to that of the first imaging unit 130, and is disposed on the head portion 110 symmetrically with respect to the YZ plane including the central axis of the bonding tool 120. Therefore, like the first imaging unit 130, the second imaging unit 140 can also image pad reference marks and stacking reference marks in a focused state. It is preferable that the focal plane of the first imaging unit 130 and the focal plane of the second imaging unit 140 coincide at the focal plane 110a, but even if there is a misalignment, as long as the depth of field of each unit overlaps partially, the pad reference marks, stacking reference marks, etc. can both be imaged in a focused state.
  • the intended placement area can be observed by the overhead imaging unit.
  • the target position for placing the semiconductor chip 310 can be determined based on the overhead image output by the overhead imaging unit. Then, it is sufficient to move the semiconductor chip 310 from that state to the target position, so that the movement of the head unit 110 and the bonding tool 120 can be significantly suppressed, and it has become possible to reduce positional deviations associated with movement and shorten lead times.
  • the output image is displaced in the planar direction when the optical system or the imaging element is displaced slightly due to a change in temperature in the surrounding environment, due to the characteristics of the arrangement of the optical system and the imaging element.
  • the image shifts due to the temperature of the surrounding environment.
  • This phenomenon causes an error in the target position when the target position for placing the semiconductor chip 310 is determined based on the overhead image, resulting in the semiconductor chip being prevented from being bonded accurately to the original target position.
  • the heater 124 for heating the semiconductor chip 310 is attached to the bonding tool 120, the temperature change around the Scheimpflug optical system becomes large.
  • the calibration process is performed at a predetermined timing when a change in temperature in the surrounding environment is expected, and in the bonding process, the height of the area surface (first area surface 330a or second area surface 330b) of the area to be mounted of the semiconductor chip 310 to be mounted is aligned to the height of the index surface 173a of the calibration index 173, so that the calibration value obtained by the calibration process can be applied to the target position recognition of the semiconductor chip 310 to be stacked on any layer.
  • the calibration process and bonding process are explained in order below.
  • the calibration process is carried out by the calibration control unit 213.
  • the calibration control unit 213 first causes the first imaging unit 130, the second imaging unit 140, and the third imaging unit 150 to capture an image of the calibration index 173.
  • Figure 4 shows how the three imaging units capture the image of the calibration index 173.
  • the calibration control unit 213 drives the index drive motor 171 via the drive control unit 212 to move the index plate 172 into the field of view of the third imaging unit 150.
  • the calibration index 173 provided on the index plate 172 is positioned approximately in the center of the field of view of the third imaging unit 150, and the index surface 173a and the focal plane 150a of the third imaging unit 150 become flush with each other.
  • the calibration control unit 213 then drives the head drive motor 111 via the drive control unit 212 to move the head unit 110 so that the focal plane 110a of the overhead imaging unit coincides with the index plane 173a and the calibration index 173 is positioned directly below the bonding tool 120. Note that the bonding tool 120 has been retracted to a position that does not enter the field of view of the overhead imaging unit.
  • the calibration control unit 213 acquires a first overhead image from the first imaging unit 130, a second overhead image from the second imaging unit 140, and an upward-view image from the third imaging unit 150 via the image acquisition unit 211. Then, from the image coordinates of the image of the calibration index 173 appearing in the first overhead image and the second overhead image, the calibration control unit 213 calculates the three-dimensional coordinates (X hr , Y hr , Z hr ) of the calibration index 173.
  • the error ( ⁇ X, ⁇ Y) is used as the calibration value.
  • the calibration value is calculated in this manner, if the overhead imaging unit subsequently images an observation target and the three-dimensional coordinates calculated from the overhead image are ( Xht , Yht , Zht ), the calibration value can be added to correct the coordinates to ( Xht + ⁇ X, Yht + ⁇ Y, Zht ). It can be said that the corrected coordinate values have no error with respect to the coordinate values calculated from the overhead image obtained in that case, assuming that the same observation target can be imaged by the overhead imaging unit.
  • the calibration control unit 213 stores the calibration value calculated in this manner in the storage unit 220 as calibration data 221.
  • the calibration data 221 is referenced in the bonding process described below until it is determined that the temperature of the surrounding environment may have changed and that further calibration processing is necessary. In other words, when it is determined that further calibration processing is necessary, the calibration control unit 213 repeats the above-mentioned processing to update the calibration value.
  • the calibration control unit 213 may perform the calibration process in accordance with the timing when a new lot of semiconductor chips 310 is supplied to the chip supply device 500.
  • the working time of the bonding work performed by the bonding control unit 214 may be used as a guideline. For example, it may be determined that the calibration process is performed when the bonding work is performed continuously for 60 minutes.
  • the head unit 110 may be provided with a temperature detection unit that detects the temperature of the overhead imaging unit, and the timing may be when the temperature detection unit detects a preset temperature.
  • multiple temperatures are set in advance, and the calibration process is performed when it is detected that the ambient temperature has fluctuated across the temperatures.
  • the calibration value By updating the calibration value in this way, it is possible to suppress the error of the coordinate values calculated from the overhead image within a certain range over the period during which the bonding process continues.
  • the bonding process is carried out by the bonding control unit 214.
  • the bonding control unit 214 first picks up the target semiconductor chip 310.
  • Figure 5 shows the bonding tool 120 picking up the first semiconductor chip 310a.
  • the bonding control unit 214 drives the head drive motor 111 via the drive control unit 212 to move the head unit 110 to the top of the chip supply device 500, and drives the tool drive motor 121 to lower the bonding tool 120.
  • the pickup mechanism 510 pushes up one of the first semiconductor chips 310a to be bonded among the semiconductor chips 310 placed on the chip supply device 500 toward the inversion mechanism 520, which then picks up and adsorbs the first semiconductor chip 310a.
  • the lowered bonding tool 120 then picks up the first semiconductor chip 310a by adsorbing it with the collet 122, and raises the bonding tool 120.
  • the bonding control unit 214 moves the index plate 172 out of the field of view of the third imaging unit 150 before or after the bonding tool 120 picks up the first semiconductor chip 310a. Specifically, the bonding control unit 214 moves the index plate 172 by driving the index drive motor 171 via the drive control unit 212.
  • the bonding control unit 214 then causes the third imaging unit 150 to image the first semiconductor chip 310a that has been adsorbed by the bonding tool 120.
  • FIG. 6 is a diagram showing how the third imaging unit 150 images the first semiconductor chip 310a that has been adsorbed by the bonding tool 120 and adjusts the height of the first area surface 330a, which is the area surface of the intended placement area on which the first semiconductor chip 310a is to be placed, to the height of the index surface 173a.
  • the bonding control unit 214 drives the head drive motor 111 via the drive control unit 212 to move the head unit 110 so that the focal plane 110a of the overhead imaging unit is at the same height as the index surface 173a and the third imaging unit 150 is positioned directly below the bonding tool 120. Then, by driving the tool drive motor 121, the bonding tool 120 is lowered so that the surface of the first semiconductor chip 310a held by the bonding tool 120 that is to be in contact with the intended mounting area of the lead frame 330 is at the same height as the index surface 173a.
  • the intended contact surface includes the mounting surface of the first semiconductor chip 310a.
  • the bonding control unit 214 causes the third imaging unit 150 to image the intended contact surface of the first semiconductor chip 310a held by the bonding tool 120 via the image acquisition unit 211.
  • the intended contact surface of the first semiconductor chip 310a is the surface opposite to the surface that is attracted to the collet 122, and faces the third imaging unit 150.
  • the bonding control unit 214 adjusts the position of the stage 190 by driving the stage driving motor 191 via the driving control unit 212 before or after the process of making the third imaging unit 150 capture an image of the intended contact surface of the first semiconductor chip 310a.
  • the stage 190 is adjusted so that the first area surface 330a, which is the area surface of the intended mounting area of the first semiconductor chip 310a, is at the same height as the index surface 173a.
  • the bonding control unit 214 skips adjusting the position of the stage 190. Also, the position adjustment of the stage 190 may be performed before the bonding control unit 214 starts the operation of placing the first semiconductor chip 310a in the intended placement area.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing an upward-view image output by the third imaging unit 150 after imaging the first semiconductor chip 310a held by the bonding tool 120.
  • Each subject image in the figure will be described with the reference number of the corresponding subject.
  • the bonding tool 120 picks up and holds the semiconductor chips 310 (first semiconductor chip 310a, second semiconductor chip 310b) prepared by the chip supply device 500 by suction with the collet 122. At this time, the bonding tool 120 attempts to suction the center of the semiconductor chip 310 in a preset orientation, but in reality, the semiconductor chip 310 may be sucked with a deviation from these. Therefore, the bonding control unit 214 checks in what position and in what orientation the semiconductor chip 310 is actually being held, and recognizes the reference position for placing the semiconductor chip 310 on the lead frame 330.
  • the upward-view image shown in FIG. 7 is an image captured by the third imaging unit 150 looking up at the first semiconductor chip 310a, and therefore also captures the collet 122 that holds the first semiconductor chip 310a. Therefore, the bonding control unit 214 calculates the image coordinates of the collet center 123 by detecting the circle that is the outline of the collet 122.
  • the first semiconductor chip 310a is provided with a chip reference mark 311a on the surface that is to be contacted with the lead frame 330, and the bonding control unit 214 calculates the image coordinates of the chip reference mark 311a that is reflected in the overhead image. From the image coordinates of the collet center 123 and the image coordinates of the chip reference mark 311a calculated in this manner, the bonding control unit 214 can recognize the actual position and orientation in which the first semiconductor chip 310a is held relative to the collet 122.
  • the bonding control unit 214 can calculate the three-dimensional coordinates of the reference position of the first semiconductor chip 310a at the time the overhead image was captured. Therefore, even if the bonding tool 120 or the head unit 110 is moved thereafter, the three-dimensional coordinates of the reference position can be tracked as long as the collet 122 continues to hold the first semiconductor chip 310a.
  • the bonding control unit 214 recognizes the three-dimensional coordinates of the reference position, it drives the tool drive motor 121 to raise the bonding tool 120 to a position where the first semiconductor chip 310a it is holding is removed from the field of view of the overhead imaging unit. Then, it drives the head drive motor 111 to move the head unit 110 so that the bonding tool 120 is directly above the die pad, which is the planned placement area for the first semiconductor chip 310a, and so that the focal plane 110a of the overhead imaging unit coincides with the first area surface 330a. Note that the raising of the bonding tool 120 and the movement of the head unit 110 may be performed in parallel.
  • FIG. 8 is a diagram showing how the first imaging unit 130 and the second imaging unit 140 image the planned mounting area on the lead frame 330 with the head portion 110 and the bonding tool 120 positioned as above.
  • FIG. 9 is a partial perspective view of FIG. 8.
  • the lead frame 330 in this embodiment has one die pad 320 in each of the unit areas 322 that will be cut out in the future and placed in a single package.
  • the die pad 320 shown in the figure is the planned mounting area on which the first semiconductor chip 310a is to be placed.
  • Each unit area 322 is provided with a pad reference mark 321 that indicates its reference position.
  • the first imaging unit 130 and the second imaging unit 140 can each capture the die pad 320 and pad reference mark 321 included in the same unit area 322 within their field of view and capture them in a focused state.
  • the bonding control unit 214 uses the first overhead image output by the first imaging unit 130 and the second overhead image output by the second imaging unit 140 to calculate the coordinates of the target position to which the reference position should be aligned when placing the first semiconductor chip 310a on the die pad 320.
  • FIG. 10 is a diagram showing the procedure for calculating the target coordinates for placing the first semiconductor chip 310a from the first overhead image and the second overhead image.
  • the first imaging unit 130 images the die pad 320 from the pad reference mark 321 side, so the unit area 322 appears in a trapezoidal shape that widens towards the pad reference mark 321 side in the first overhead image, which is the output image.
  • the second imaging unit 140 images the die pad 320 from the opposite side of the pad reference mark 321, so the unit area 322 appears in a trapezoidal shape that narrows towards the pad reference mark 321 side in the second overhead image, which is the output image.
  • the bonding control unit 214 determines the image coordinates ( x1k , y1k ) of the pad reference mark 321 from the first overhead image, and also determines the image coordinates ( x2k , y2k ) of the pad reference mark 321 from the second overhead image. Then, for example, by referring to a conversion table that converts image coordinates into three-dimensional coordinates, the bonding control unit 214 calculates the index coordinates ( Xk , Yk , Zk ), which are the three-dimensional coordinates of the pad reference mark 321, from these image coordinates.
  • the coordinate value of this index coordinate is a tentative target position for calculating an accurate target position, and as described above, it contains an error due to the influence of the temperature change of the surrounding environment.
  • the calibration value ( ⁇ X, ⁇ Y) is read out from the calibration data 221 and corrected.
  • the coordinate value of the corrected index coordinates ( Xk + ⁇ X, Yk + ⁇ Y, Zk ) obtained in this way can be expected to have no error with respect to the spatial coordinates calculated from the overhead image.
  • the bonding control unit 214 can accurately calculate the coordinates ( XTa , YTa , ZTa ) of the target position from the corrected index coordinates ( Xk + ⁇ X, Yk + ⁇ Y, Zk ).
  • Figure 11 shows how the bonding tool 120 places the first semiconductor chip 310a at the target position and bonds it.
  • the bonding control unit 214 tracks and grasps the three-dimensional coordinates of the reference position of the first semiconductor chip 310a with respect to the movement of the bonding tool 120 and the head unit 110, and moves the first semiconductor chip 310a so that this reference position coincides with the target position of the die pad 320.
  • the head drive motor 111 is driven via the drive control unit 212 to finely adjust the position of the head unit 110 in the XY directions, and the tool drive motor 121 is driven to finely adjust the amount of rotation of the bonding tool 120 around the Z axis.
  • the bonding tool 120 is lowered, and the first semiconductor chip 310a is placed on the die pad 320. After that, the first semiconductor chip 310a is heated by the heater 124 while being pressed by the tip of the collet 122, and is bonded to the die pad 320.
  • the Z-direction position of the head unit 110 when the calibration value is calculated is the same as the Z-direction position of the head unit 110 when the overhead imaging unit images the chip reference mark 311a.
  • the planned contact surface of the first semiconductor chip 310a held by the collet 122 is aligned in height with the index surface 173a on which the calibration process has been performed, and the three-dimensional coordinates of the chip reference mark 311a are calculated.
  • the first area surface 330a is matched to the height of the index surface 173a on which the calibration process has been performed.
  • the Z-direction positions of the head unit 110 when the calibration value is acquired, when the three-dimensional coordinates of the chip reference mark 311a are calculated, and when the first semiconductor chip 310a is placed on the die pad 320 are all the same.
  • the bonding tool 120 holds the first semiconductor chip 310a and is removed from the field of view of the bird's-eye imaging unit, but the X and Y coordinates of the actual reference position in this state may not match the X and Y coordinates recognized by the bonding control unit 214 due to the influence of play between the elements of the moving mechanism that moves the bonding tool 120 up and down.
  • the bonding control unit 214 may not match the X and Y coordinates recognized by the bonding control unit 214 due to the influence of play between the elements of the moving mechanism that moves the bonding tool 120 up and down.
  • the height of the bonding tool 120 when the first semiconductor chip 310a is placed on the first area surface 330a is the same as the height of the bonding tool 120 when the three-dimensional coordinates of the chip reference mark 311a are calculated, and the error factor due to the moving mechanism is eliminated.
  • the X and Y coordinates of the actual reference position when the first semiconductor chip 310a is placed on the first area surface 330a will match the X and Y coordinates recognized by the bonding control unit 214. Therefore, in this embodiment, when the first semiconductor chip 310a is placed and bonded to the die pad 320, the height of the first area surface 330a is made to match the height of the index surface 173a.
  • FIG. 12 is a diagram showing the state in which the bonding tool 120 is retracted.
  • the bonding control unit 214 drives the tool drive motor 121 via the drive control unit 212 to raise the bonding tool 120.
  • the bonding control unit 214 then starts the process of stacking and bonding the second semiconductor chip 310b onto the first semiconductor chip 310a for which bonding has been completed. As with the picking up of the first semiconductor chip 310a described with reference to FIG. 5, the bonding control unit 214 inverts one of the second semiconductor chips 310b to be bonded among the semiconductor chips 310 placed on the chip supply device 500 using the pickup mechanism 510 and the inversion mechanism 520, and picks it up by suction using the collet 122.
  • FIG. 13 shows the third imaging unit 150 capturing an image of the second semiconductor chip 310b adsorbed to the bonding tool 120, and adjusting the height of the second area surface 330b, which is the area surface of the area where the second semiconductor chip 310b is to be placed, to the height of the index surface 173a.
  • the bonding control unit 214 drives the head drive motor 111 via the drive control unit 212 to move the head unit 110 so that the focal plane 110a of the overhead imaging unit is at the same height as the index surface 173a and the third imaging unit 150 is positioned directly below the bonding tool 120. Then, by driving the tool drive motor 121, the bonding tool 120 is lowered so that the contact surface of the second semiconductor chip 310b held by the bonding tool 120, which is the first semiconductor chip 310a to be stacked, is at the same height as the index surface 173a.
  • the contact surface includes the mounting surface of the second semiconductor chip 310b.
  • the bonding control unit 214 causes the third imaging unit 150 to image the contact surface of the second semiconductor chip 310b held by the bonding tool 120 via the image acquisition unit 211.
  • the intended contact surface of the second semiconductor chip 310b is the surface opposite to the surface adsorbed to the collet 122, and faces the third imaging unit 150.
  • the bonding control unit 214 adjusts the position of the stage 190 by driving the stage driving motor 191 via the driving control unit 212 before or after the process of making the third imaging unit 150 capture an image of the planned contact surface of the second semiconductor chip 310b.
  • the second area surface 330b which is the area surface of the area where the second semiconductor chip 310b is to be placed, is adjusted to the same height as the index surface 173a.
  • the bonding control unit 214 skips adjusting the position of the stage 190. Also, the position adjustment of the stage 190 only needs to be performed before the bonding control unit 214 starts the operation of placing the second semiconductor chip 310b in the intended placement area.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing an overhead image captured by the third imaging unit 150 of the second semiconductor chip 310b held by the bonding tool 120 and output.
  • the bonding control unit 214 checks the suction position and orientation of the second semiconductor chip 310b relative to the collet 122 and recognizes the reference position for placing the second semiconductor chip 310b on the first semiconductor chip 310a.
  • the bonding control unit 214 calculates the image coordinates of the collet center 123 by detecting the circle that is the outline of the collet 122.
  • the second semiconductor chip 310b has a chip reference mark 311b on the surface that is to be in contact with the first semiconductor chip 310a, and the bonding control unit 214 calculates the image coordinates of the chip reference mark 311b that appears in the overhead image. From the image coordinates of the collet center 123 and the image coordinates of the chip reference mark 311b calculated in this manner, the bonding control unit 214 can recognize the actual position and orientation in which the second semiconductor chip 310b is held relative to the collet 122. Therefore, even if the bonding tool 120 or the head unit 110 is subsequently moved, the three-dimensional coordinates of the reference position can be tracked as long as the collet 122 continues to hold the second semiconductor chip 310b.
  • the bonding control unit 214 When the bonding control unit 214 recognizes the three-dimensional coordinates of the reference position, it drives the tool drive motor 121 to raise the bonding tool 120 to a position where the second semiconductor chip 310b it is holding is removed from the field of view of the overhead imaging unit. Then, it drives the head drive motor 111 to move the head unit 110 so that the bonding tool 120 is directly above the first semiconductor chip 310a, which is the planned placement area for the second semiconductor chip 310b, and so that the focal plane 110a of the overhead imaging unit coincides with the second area surface 330b. Note that the raising of the bonding tool 120 and the movement of the head unit 110 may be performed in parallel.
  • FIG. 15 is a diagram showing how the first imaging unit 130 and the second imaging unit 140 image the intended placement area on the first semiconductor chip 310a with the head unit 110 and the bonding tool 120 positioned as described above.
  • the first imaging unit 130 and the second imaging unit 140 can each capture the intended placement area on the target first semiconductor chip 310a within their field of view and image it in a focused state.
  • the bonding control unit 214 uses the first overhead image output by the first imaging unit 130 and the second overhead image output by the second imaging unit 140 to calculate the coordinates of the target position to which the reference position should be matched when placing the second semiconductor chip 310b on the first semiconductor chip 310a.
  • FIG. 16 is a diagram showing the procedure for calculating the target coordinates for placing the second semiconductor chip 310b from the first and second overhead images.
  • the first semiconductor chip 310a to be stacked has already been bonded within a unit area 322 on the lead frame 330, and both the first and second overhead images show a stacking reference mark 323 indicating the reference position on the top surface of the first semiconductor chip 310a.
  • the bonding control unit 214 determines the image coordinates ( x1j , y1j ) of the stacking reference mark 323 from the first overhead image, and also determines the image coordinates ( x2j , y2j ) of the stacking reference mark 323 from the second overhead image. Then, from these image coordinates, the index coordinates ( Xj , Yj , Zj ) which are the three-dimensional coordinates of the pad reference mark 321 are calculated.
  • the coordinate value of this index coordinate is a tentative target position for calculating an accurate target position, and as described above, it contains an error due to the influence of the temperature change of the surrounding environment. Therefore, the calibration value ( ⁇ X, ⁇ Y) is read out from the calibration data 221 and corrected.
  • the coordinate value of the corrected index coordinate ( Xj + ⁇ X, Yj + ⁇ Y, Zj ) obtained in this way can be expected to have no error with respect to the spatial coordinates calculated from the overhead image. Since the relative position between the predetermined target position on the first semiconductor chip 310a and the stacking reference mark 323 is known, the bonding control unit 214 can accurately calculate the coordinates ( XTb , YTb , ZTb ) of the target position from the corrected index coordinates ( Xj + ⁇ X, Yj + ⁇ Y, Zj ).
  • Figure 17 shows how the bonding tool 120 places the second semiconductor chip 310b at the target position of the first semiconductor chip 310a and bonds it.
  • the bonding control unit 214 tracks and grasps the three-dimensional coordinates of the reference position of the second semiconductor chip 310b with respect to the movement of the bonding tool 120 and the head unit 110, and moves the second semiconductor chip 310b so that this reference position coincides with the target position of the first semiconductor chip 310a.
  • the head drive motor 111 is driven via the drive control unit 212 to finely adjust the position of the head unit 110 in the XY directions, and the tool drive motor 121 is driven to finely adjust the amount of rotation of the bonding tool 120 around the Z axis.
  • the bonding tool 120 is lowered, and the second semiconductor chip 310b is placed on the first semiconductor chip 310a.
  • the second semiconductor chip 310b is heated by the heater 124 while being pressurized by the tip of the collet 122, and is bonded to the first semiconductor chip 310a.
  • the Z-direction position of the head unit 110 when the calibration value is calculated is the same as the Z-direction position of the head unit 110 when the overhead imaging unit images the chip reference mark 311b.
  • the planned contact surface of the second semiconductor chip 310b held by the collet 122 is aligned in height with the index surface 173a on which the calibration process has been performed to calculate the three-dimensional coordinates of the chip reference mark 311b.
  • the second area surface 330b is matched to the height of the index surface 173a on which the calibration process has been performed.
  • the Z-direction positions of the head unit 110 are the same when the calibration value is acquired, when the three-dimensional coordinates of the chip reference mark 311b are calculated, and when the second semiconductor chip 310b is placed on the first semiconductor chip 310a.
  • the bonding tool 120 holds the second semiconductor chip 310b and is removed from the field of view of the bird's-eye imaging unit, but the X and Y coordinates of the actual reference position in this state may not match the X and Y coordinates recognized by the bonding control unit 214 due to the influence of play between the elements of the moving mechanism that moves the bonding tool 120 up and down.
  • the bonding control unit 214 may not match the X and Y coordinates recognized by the bonding control unit 214 due to the influence of play between the elements of the moving mechanism that moves the bonding tool 120 up and down.
  • the height of the bonding tool 120 when the second semiconductor chip 310b is placed on the second area surface 330b is the same as the height of the bonding tool 120 when the three-dimensional coordinates of the chip reference mark 311b are calculated, and the error factor due to the moving mechanism is eliminated.
  • the X and Y coordinates of the actual reference position when the second semiconductor chip 310b is placed on the second area surface 330b will match the X and Y coordinates recognized by the bonding control unit 214. Therefore, in this embodiment, when the second semiconductor chip 310b is placed and bonded to the first semiconductor chip 310a, the height of the second area surface 330b is made to match the height of the index surface 173a.
  • the bonding control unit 214 drives the tool drive motor 121 via the drive control unit 212 to raise the bonding tool 120.
  • the state of FIG. 5 is returned to and the process is repeated.
  • the position of the stage 190 is adjusted and the second semiconductor chip 310b is stacked on the first semiconductor chip 310a, but the process is not limited to this.
  • the first semiconductor chip 310a may be mounted successively on each of the multiple die pads 320 provided on the lead frame 330, and then the position of the stage 190 may be adjusted to sequentially mount the second semiconductor chip 310b on each of the first semiconductor chips 310a.
  • the number of times the position adjustment of the stage 190 is performed can be reduced, and therefore the lead time can be shortened.
  • Figure 18 is a flow diagram explaining the bonding procedure for the semiconductor chip 310.
  • step S11 the calibration control unit 213 starts a calibration control step to perform the calibration process. Details will be explained later as a subflow. Note that if the bonding process is started from an initial state in which the coordinates between the imaging units have been correctly adjusted, the first calibration control step may be skipped.
  • step S12 the bonding control unit 214 starts the bonding control step to perform the bonding process. Details will be explained later as a subflow.
  • step S13 the calibration control unit 213 determines whether the state of the bonding device 100 at that point in time satisfies the preset calibration timing condition.
  • the preset calibration timing condition is set to a condition that may require another calibration process. For example, as described above, the number of lots that have been processed, the working time of the bonding work, the temperature detected by the temperature detection unit, etc. are candidates for the setting condition.
  • step S13 determines in step S13 that the conditions are met. If it determines that the conditions are not met, the process proceeds to step S14. If the process proceeds to step S14, the bonding control unit 214 determines whether all planned bonding processes have been completed. If it determines that there are semiconductor chips 310 remaining that require bonding processing, the process returns to step S12, and if it determines that all bonding processes have been completed, the process ends.
  • FIG. 19 is a sub-flow diagram explaining the procedure of the calibration control step.
  • the process explained with reference to FIG. 4 is mainly executed.
  • the calibration control unit 213 moves the index plate 172 to bring the calibration index 173 into the center of the field of view of the third imaging unit 150.
  • the calibration control unit 213 moves the head unit 110 so that the index surface 173a of the calibration index 173 is flush with the focal planes 110a of the first imaging unit 130 and the second imaging unit 140, and so that the calibration index 173 is positioned directly below the bonding tool 120.
  • the calibration control unit 213 proceeds to step S1103, and causes each imaging unit to capture an image via the image acquisition unit 211, and acquires a first overhead image from the first imaging unit 130, a second overhead image from the second imaging unit 140, and an upward-view image from the third imaging unit 150. Then, in the following step S1104, the calibration control unit 213 calculates the three-dimensional coordinates of the calibration index 173 based on the image coordinates of the image of the calibration index 173 that appears in the first overhead image and the second overhead image, and calculates the three-dimensional coordinates of the calibration index 173 based on the image of the calibration index 173 that appears in the upward-view image. The calibration control unit 213 calculates the difference in the XY plane direction of each of the three-dimensional coordinates calculated in this manner as a calibration value. The calculated calibration value is stored in the storage unit 220 as calibration data 221.
  • step S1105 the calibration control unit 213 moves the indicator plate 172 to move the calibration indicator 173 out of the field of view of the third imaging unit 150. Once the calibration indicator 173 has been moved out of the field of view, the process returns to the main flow. Note that the calibration indicator 173 may be moved out of the field of view during the subsequent bonding process.
  • FIG. 20 is a subflow diagram explaining the procedure of the bonding control step.
  • the bonding control step the processes explained using FIG. 5 to FIG. 17 are mainly executed.
  • step S1201 the bonding control unit 214 assigns "1" to the counter n.
  • step S1202 move the head unit 110 to above the chip supply device 500, and lower the bonding tool 120.
  • step S1203 the bonding control unit 214 moves the head unit 110 so that the index surface 173a and the focal planes 110a of the first imaging unit 130 and the second imaging unit 140 are flush with each other, and so that the third imaging unit 150 is positioned directly below the bonding tool 120. Furthermore, in step S1204, the bonding tool 120 is lowered so that the surface of the nth semiconductor chip being held that is to come into contact with the stacking target is flush with the index surface 173a.
  • step S1205 the bonding control unit 214 causes the third imaging unit 150 to capture an image of the intended contact surface of the nth semiconductor chip held by the bonding tool 120. Then, in step S1206, the upward-view image output by the third imaging unit 150 is acquired, and the three-dimensional coordinates of the reference position of the nth semiconductor chip are recognized based on the image coordinates of the captured chip reference mark, etc.
  • step S1208 the bonding control unit 214 raises the bonding tool 120 to a position where the nth semiconductor chip it is holding is removed from the field of view of the overhead imaging unit, and moves the head unit 110 so that the bonding tool 120 is directly above the planned placement area where the nth semiconductor chip will be placed.
  • step S1209 the height of the head unit 110 is adjusted so that the focal plane 110a of the overhead imaging unit coincides with the nth area surface.
  • the bonding control unit 214 causes the first imaging unit 130 and the second imaging unit 140 to capture images of the vicinity of the intended placement area, including reference marks such as the pad reference mark 321 and the stacking reference mark 323. Then, the first overhead image output by the first imaging unit 130 and the second overhead image output by the second imaging unit 140 are acquired, and in step S1211, the three-dimensional coordinates of the target position are calculated based on the image coordinates of the captured reference marks, calibration values, etc.
  • step S1212 the bonding control unit 214 moves the head unit 110 and bonding tool 120 so that the reference position of the nth semiconductor chip coincides with the target position, and places the nth semiconductor chip in the intended placement area. Thereafter, the nth semiconductor chip is pressurized/heated to complete bonding. Once bonding of the nth semiconductor chip is complete, the bonding tool 120 is raised.
  • the bonding control unit 214 proceeds to step S1213 and increments the counter n. Then, in step S1214, it is confirmed whether the incremented counter n exceeds the planned total number of stacks n 0.
  • the first semiconductor chip 310a which will be the first layer is bonded on the lead frame 330, and the second semiconductor chip 310b which will be the second layer is bonded thereon, so the planned total number of stacks is "2". If the counter n does not exceed the planned total number of stacks n 0 , the process returns to step S1202 and performs bonding of the nth semiconductor chip corresponding to the incremented n. If the counter n exceeds the planned total number of stacks n 0 , the process returns to the main flow.
  • the calibration process and the bonding process are separated, and the calibration process is executed when the state of the bonding device 100 satisfies the preset calibration timing conditions. Therefore, once the calibration process is executed, the calculated calibration value is stored in the storage unit 220, and the calibration value is continuously referenced every time a bonding process is executed before the next calibration process is executed.
  • the calibration process may be incorporated into a series of bonding processes, and the calibration value may be updated each time during the process step in which each nth semiconductor chip is bonded.
  • the configuration of the bonding device itself is the same as in the above-mentioned embodiment, so the description will be omitted, and the differences in the processing procedures will be mainly described.
  • FIG. 21 is a diagram showing three imaging units capturing an image of the calibration indicator 173 in another embodiment.
  • a calibration process for calculating a calibration value is executed between the process of picking up the nth semiconductor chip and the process of capturing an image of the nth semiconductor chip by the third imaging unit 150.
  • the collet 122 shows the state in which the collet 122 holds the first semiconductor chip 310a to be bonded while it is being removed from the field of view of the overhead imaging unit.
  • the first semiconductor chip 310a held by the collet 122 is then placed in the intended placement area on the lead frame 330 and bonded, as indicated by the dotted line. Note that in the figure, the position of the stage 190 is adjusted so that the first area surface 330a is at the same height as the index surface 173a, but the position adjustment of the stage 190 only needs to be performed before the bonding control unit 214 begins the task of placing the first semiconductor chip 310a in the intended placement area.
  • the position of the head unit 110 is adjusted so that the focal plane 110a of the overhead imaging unit and the index plane 173a are at the same height.
  • the calibration index 173 is positioned near the center of the field of view of each imaging unit.
  • the calibration control unit 213 calculates the calibration values as described above based on the first overhead image, the second overhead image, and the upward-view image obtained by having each imaging unit capture images. Once the calibration control unit 213 has calculated the calibration values, the bonding control unit 214 subsequently lowers the bonding tool 120 and executes the processes subsequent to the imaging of the first semiconductor chip 310a by the third imaging unit 150 described with reference to FIG. 6. In this way, the calibration values calculated in the calibration process executed in synchronization with the bonding process are used only for aligning the first semiconductor chip 310a to be bonded in that bonding process.
  • the calibration control unit 213 calculates the calibration value based on the first overhead image, the second overhead image, and the upward-view image obtained by having each imaging unit capture images, it then lowers the bonding tool 120 and executes the process after the imaging of the second semiconductor chip 310b by the third imaging unit 150 described using FIG. 13. In this way, the calibration value calculated in the calibration process executed in synchronization with the bonding process is used only for aligning the second semiconductor chip 310b to be bonded in the bonding process.
  • the calibration control unit 213 captures the calibration index and updates the calibration value in synchronization with the process in which the bonding control unit 214 causes the third imaging unit 150 to capture the nth semiconductor chip, the time interval between the time when the calibration value is calculated and the time when that calibration value is used can be shortened. Therefore, it is expected that more accurate alignment can be achieved in response to temperature changes in the surrounding environment.
  • FIG. 22 is a flow diagram explaining the bonding procedure for semiconductor chips in this other embodiment.
  • the same step numbers are used to denote the same processing procedures as those explained using FIG. 18 to FIG. 20, and detailed explanations of the processing contents will be omitted.
  • this embodiment is a processing procedure in which a calibration process is incorporated into each bonding process, so the process flow will be mainly explained.
  • step S1201 the bonding control unit 214 assigns "1" to the counter n.
  • the process proceeds to step S1202, where the nth semiconductor chip to be placed as the nth layer among the semiconductor chips 310 placed on the chip supply device 500 is picked up by suction using the collet 122.
  • step S1101 the calibration control unit 213 executes step S1101, which moves the indicator plate 172 to introduce the calibration indicator 173 into the center of the field of view of the third imaging unit 150.
  • step S1203 the calibration control unit 213 moves the head unit 110 so that the index surface 173a and the focal plane 110a are on the same plane and the calibration index 173 is positioned directly below the bonding tool 120.
  • step S1103 the calibration control unit 213 causes the first imaging unit 130, the second imaging unit 140, and the third imaging unit 150 to perform imaging, and then in step S1104, calculates a calibration value.
  • step S1105 the calibration indicator 173 is removed from the field of view of each imaging unit.
  • step S1212 the process from the next step S1204 to step S1212 is the same as the processing procedure described using FIG. 20.
  • step S1214 it is confirmed whether the incremented counter n exceeds the planned total number of stacked layers n0 . If the counter n does not exceed the planned total number of stacked layers n0 , the process returns to step S1202 and performs bonding of the nth semiconductor chip corresponding to the incremented n. If the counter n exceeds the planned total number of stacked layers n0 , the process proceeds to step S14.
  • step S14 determines whether or not all planned bonding processes have been completed. If it determines that there are semiconductor chips remaining to be bonded, it returns to step S1201, and if it determines that all bonding processes have been completed, it ends the series of processes.
  • the bonding control unit 214 adjusts the position of the stage 190 so that the area surface of the intended placement area (e.g., first area surface 330a) and the index surface 173a are at the same height.
  • the height of the intended placement area may not match the height of the index surface 173a due to variations in the thickness of the lead frame 330 and the first semiconductor chip 310a, or the influence of the adhesive. Therefore, a modified example that addresses this issue will be described.
  • FIG. 23 is a flow diagram explaining the additional step according to the modified example.
  • step S1210 the bonding control unit 214 causes the first imaging unit 130 and the second imaging unit 140 to capture images of the area near the intended placement area, acquiring two overhead images, and calculates the provisional three-dimensional coordinates of the target position.
  • the bonding control unit 214 can recognize the height of the area surface of the intended placement area from the Z coordinate value of the provisional three-dimensional coordinates calculated here.
  • step S2301 it is determined whether the height of the area surface is within a preset tolerance range with respect to the height of the index surface 173a actually measured in the calibration control step. If it is not within the tolerance range, the process proceeds to step S2302, where the stage drive motor 191 is driven via the drive control unit 212 based on the recognized height of the area surface, and the position of the stage 190 is readjusted.
  • the bonding control unit 214 After readjusting the position of the stage 190, the bonding control unit 214 again captures images of the area near the intended placement area using the first imaging unit 130 and the second imaging unit 140 in step S2303 to obtain two overhead images, and calculates tentative three-dimensional coordinates of the target position in the same manner as in step S1210. After calculating the tentative three-dimensional coordinates, the process returns to step S2301.
  • step S2301 determines that the height of the area surface is within a preset tolerance, the process proceeds to step S1211. By adding such an additional step between steps S1210 and S1211, the three-dimensional coordinates of the target position can be calculated more accurately.
  • the overhead imaging unit includes two imaging units, the first imaging unit 130 and the second imaging unit 140.
  • the overhead imaging unit may include three or more imaging units, each of which employs a Scheimpflug optical system.
  • the three-dimensional coordinates of the object are calculated using the parallax between the first and second overhead images, but the method of calculating the three-dimensional coordinates using the overhead imaging unit is not limited to this.
  • the overhead imaging unit may be one unit that employs the Scheimpflug optical system, and other auxiliary means may be used.
  • the head unit 110 may be provided with a light projection unit capable of projecting a pattern, and the shape of the light projection pattern observed on the observation surface may be analyzed using the overhead image output by the overhead imaging unit to calculate the three-dimensional coordinates of the object.
  • a flip chip bonder has been described, but the present invention is not limited to this and may be applied to a die bonder, a surface mounter that mounts electronic components on a substrate, and other mounting devices.

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Abstract

仰視用撮像ユニットとシャインプルーフ光学系を採用する俯瞰用撮像ユニットとによって撮像可能に配置された較正指標の指標面と、実装体の実装面とが同一の高さになるように実装ツールの位置を調整して仰視用撮像ユニットに実装面を撮像させ出力させた仰視画像に基づいて実装体の基準位置を認識し、載置予定領域の被実装面が指標面と同一の高さになるようにステージの位置を調整し、認識した基準位置に基づいて実装面を被実装面へ実装させる実装制御部を備える実装装置を提供する。このような実装装置によれば、周辺環境の温度が変化しても、また、半導体チップ等の実装体を複数重ねて実装する場合であっても、シャインプルーフ光学系を採用する撮像ユニットを用いてそれぞれの実装体を載置する目標位置を精確に決定し、当該実装体を基板上あるいは他の実装体上の当該目標位置に載置して実装することができる。

Description

実装装置、実装方法および実装制御プログラム
　本発明は、実装装置、実装方法および実装制御プログラムに関する。
　従来の実装装置の一例であるボンディング装置では、まず、ダイパッドなどの作業対象を真上からカメラで撮像してその位置を確認する。そして、カメラを退避させてからボンディングツールを支持するヘッド部を当該作業対象の真上に移動させ、ボンディング作業を行っていた。このような構成を採用するボンディング装置は、作業時間を要するばかりでなく、作業目標位置に対する移動誤差の蓄積も問題となっていた。そこで、作業対象を斜め方向から撮像できるシャインプルーフ光学系を採用した撮像ユニットの利用が考えられるようになってきた（例えば、特許文献１を参照）。
特開２０１４－１７９５６０号公報
　しかし、シャインプルーフ光学系を採用する撮像ユニットは、光学系の構造上の特性から、周辺環境の温度変化に伴う光学系要素の微小変位が出力画像の平面方向への変位となって現れやすいことがわかってきた。出力画像の平面方向への変位は、半導体チップを載置すべき目標位置の算出に誤差を生じさせ、したがって、当該半導体チップを本来の目標位置へ精度よく実装することを妨げる結果を招く。特に、基板上に実装した半導体チップの上に更に別の半導体チップを重ねて実装するいわゆるスタックドダイ実装や２．５次元実装においては、それぞれの半導体チップを載置する載置面の高さが変化する。このような場合には、その高さごとに誤差量が異なるという課題も明らかになってきた。
　本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、周辺環境の温度が変化しても、また、半導体チップ等の実装体を複数重ねて実装する場合であっても、シャインプルーフ光学系を採用する撮像ユニットを用いてそれぞれの実装体を載置する目標位置を精確に決定し、当該実装体を基板上あるいは他の実装体上の当該目標位置に載置して実装することのできる実装装置等を提供するものである。
　本発明の第１の態様における実装装置は、実装面を有する実装体を拾得して保持し、ステージに載置された基板または基板に既に実装された他の実装体に対して設定される載置予定領域へ実装面を実装する実装ツールと、ステージのステージ面に平行な平面が焦点面となるように光学系と撮像素子がシャインプルーフ条件を満たして配置された、ステージ面に対して実装ツールと同じ側から載置予定領域を俯瞰して撮像するための俯瞰用撮像ユニットと、実装ツールに保持された状態の実装体を、ステージ面に対して俯瞰用撮像ユニットとは反対の側から仰視して撮像するための仰視用撮像ユニットと、俯瞰用撮像ユニットと仰視用撮像ユニットにより撮像可能に配置された較正指標と、実装面が較正指標の指標面と同一の高さになるように実装ツールの位置を調整して仰視用撮像ユニットに実装面を撮像させ出力させた仰視画像に基づいて実装体の基準位置を認識し、載置予定領域の被実装面が指標面と同一の高さになるようにステージの位置を調整し、基準位置に基づいて被実装面へ実装させる実装制御部とを備える。
　また、本発明の第２の態様における実装方法は、実装面を有する実装体を拾得して保持し、ステージに載置された基板または基板に既に実装された他の実装体に対して設定される載置予定領域へ実装面を実装する実装ツールと、ステージのステージ面に平行な平面が焦点面となるように光学系と撮像素子がシャインプルーフ条件を満たして配置された、ステージ面に対して実装ツールと同じ側から載置予定領域を俯瞰して撮像するための俯瞰用撮像ユニットと、実装ツールに保持された状態の実装体を、ステージ面に対して俯瞰用撮像ユニットとは反対の側から仰視して撮像するための仰視用撮像ユニットと、俯瞰用撮像ユニットと仰視用撮像ユニットにより撮像可能に配置された較正指標とを備える実装装置を用いた実装体の実装方法であって、実装面が較正指標の指標面と同一の高さになるように実装ツールの位置を調整して仰視用撮像ユニットに実装面を撮像させ出力させた仰視画像に基づいて実装体の基準位置を認識し、載置予定領域の被実装面が指標面と同一の高さになるようにステージの位置を調整し、基準位置に基づいて被実装面へ実装させる実装制御ステップを有する。
　また、本発明の第３の態様における実装制御プログラムは、実装面を有する実装体を拾得して保持し、ステージに載置された基板または基板に既に実装された他の実装体に対して設定される載置予定領域へ実装面を実装する実装ツールと、ステージのステージ面に平行な平面が焦点面となるように光学系と撮像素子がシャインプルーフ条件を満たして配置された、ステージ面に対して実装ツールと同じ側から載置予定領域を俯瞰して撮像するための俯瞰用撮像ユニットと、実装ツールに保持された状態の実装体を、ステージ面に対して俯瞰用撮像ユニットとは反対の側から仰視して撮像するための仰視用撮像ユニットと、俯瞰用撮像ユニットと仰視用撮像ユニットにより撮像可能に配置された較正指標とを備える実装装置を制御する実装制御プログラムであって、実装面が較正指標の指標面と同一の高さになるように実装ツールの位置を調整して仰視用撮像ユニットに実装面を撮像させ出力させた仰視画像に基づいて実装体の基準位置を認識し、載置予定領域の被実装面が指標面と同一の高さになるようにステージの位置を調整し、基準位置に基づいて被実装面へ実装させる実装制御ステップをコンピュータに実行させる。
　本発明により、周辺環境の温度が変化しても、また、半導体チップ等の実装体を複数重ねて実装する場合であっても、シャインプルーフ光学系を採用する撮像ユニットを用いてそれぞれの実装体を載置する目標位置を精確に決定し、当該実装体を基板上あるいは他の実装体上の当該目標位置に載置して実装することのできる実装装置等を提供することができる。
本実施形態に係るボンディング装置を含むフリップチップボンダの全体構成図である。 ボンディング装置のシステム構成図である。 シャインプルーフ光学系を説明するための説明図である。 ３つの撮像ユニットが較正指標を撮像する様子を示す図である。 ボンディングツールが第１半導体チップを拾得する様子を示す図である。 第３撮像ユニットが第１半導体チップを撮像すると共に、第１領域面の高さを指標面の高さに調整する様子を示す図である。 第３撮像ユニットが出力した仰視画像を模式的に示す図である。 第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットが載置予定領域であるリードフレームを撮像する様子を示す図である。 図８の部分斜視図である。 第１俯瞰画像および第２俯瞰画像から第１半導体チップを載置するダイパッド上の目標座標を算出するまでの手順を示す図である。 ボンディングツールが第１半導体チップを目標位置へ載置してボンディングする様子を示す図である。 ボンディングツールが退避する様子を示す図である。 第３撮像ユニットが第２半導体チップを撮像すると共に、第２領域面の高さを指標面の高さに調整する様子を示す図である。 第３撮像ユニットが出力した仰視画像を模式的に示す図である。 第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットが載置予定領域である第１半導体チップを撮像する様子を示す図である。 第１俯瞰画像および第２俯瞰画像から第２半導体チップを載置する第１半導体チップ上の目標座標を算出するまでの手順を示す図である。 ボンディングツールが第２半導体チップを目標位置へ載置してボンディングする様子を示す図である。 半導体チップのボンディング手順を説明するフロー図である。 較正制御ステップの手順を説明するサブフロー図である。 ボンディング制御ステップの手順を説明するサブフロー図である。 他の実施例において３つの撮像ユニットが較正指標を撮像する様子を示す図である。 他の実施例における半導体チップのボンディング手順を説明するフロー図である。 さらに変形例に係る追加手順を説明するフロー図である。
　以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。なお、各図において、同一又は同様の構成を有する構造物が複数存在する場合には、煩雑となることを回避するため、一部に符号を付し、他に同一符号を付すことを省く場合がある。
　図１は、本実施形態に係る実装装置としてのボンディング装置１００を含むフリップチップボンダの全体構成図である。フリップチップボンダは、主にボンディング装置１００とチップ供給装置５００から構成される。チップ供給装置５００は、実装体としてのダイシングされた半導体チップ３１０をその上面に載置してボンディング装置１００へ供給する装置である。具体的には、チップ供給装置５００は、ピックアップ機構５１０および反転機構５２０を含む。ピックアップ機構５１０は、載置された任意の半導体チップ３１０を反転機構５２０へ向けて押し上げる装置である。反転機構５２０は、ピックアップ機構５１０に押し上げられた半導体チップ３１０を吸着し反転することにより、その上下方向の向きを入れ替える装置である。本実施形形態においては、半導体チップ３１０として第１半導体チップ３１０ａと第２半導体チップ３１０ｂの２種類が用意されている。ボンディング装置１００は、反転機構５２０により反転された状態で吸着されている第１半導体チップ３１０ａまたは第２半導体チップ３１０ｂを後述するボンディングツール１２０によって拾得し、リードフレーム３３０に積層して接着する装置である。本実施形においては、第１半導体チップ３１０ａをリードフレーム３３０に載置して接着し、第２半導体チップ３１０ｂを第１半導体チップ３１０ａ上に積み重ねて接着する。リードフレーム３３０は、ステージ１９０に載置される基板の一例である。
　ボンディング装置１００は、主に、ヘッド部１１０、ボンディングツール１２０、第１撮像ユニット１３０、第２撮像ユニット１４０、第３撮像ユニット１５０、較正ユニット１７０、ステージ１９０を備える。ヘッド部１１０は、ボンディングツール１２０、第１撮像ユニット１３０、第２撮像ユニット１４０を支持し、ヘッド駆動モータ１１１によって平面方向および垂直方向へ移動可能である。本実施形態において平面方向は、図示するように、Ｘ軸方向とＹ軸方向で定められる水平方向であり、垂直方向（高さ方向）は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交するＺ軸方向である。
　ボンディングツール１２０は、ツール駆動モータ１２１によって、ヘッド部１１０に対して高さ方向へ移動可能であり、また、Ｚ軸周りに回転可能である。ボンディングツール１２０は、実装ツールの一例であり、先端部に半導体チップ３１０を吸着するコレット１２２およびコレット１２２が吸着する半導体チップ３１０を加熱するヒータ１２４を有する。ボンディングツールは、コレット１２２に吸着させた半導体チップ３１０を所定位置に載置し、コレット１２２の先端部で加圧しつつヒータ１２４で加熱して接着する。
　第１撮像ユニット１３０と第２撮像ユニット１４０は、リードフレーム３３０を俯瞰して撮像する俯瞰用撮像ユニットである。第１撮像ユニット１３０は、第１光学系１３１と第１撮像素子１３２を備え、その光軸をボンディングツール１２０の下方へ向けてヘッド部１１０に斜設されている。第１光学系１３１と第１撮像素子１３２は、ステージ１９０のステージ面１９０ａに平行な平面が焦点面１１０ａとなるようにシャインプルーフ条件を満たして配置されている。
　第２撮像ユニット１４０は、第２光学系１４１と第２撮像素子１４２を備え、ボンディングツール１２０に対して第１撮像ユニット１３０とは反対側に、その光軸をボンディングツール１２０の下方へ向けてヘッド部１１０に斜設されている。第２光学系１４１と第２撮像素子１４２は、ステージ１９０のステージ面１９０ａに平行な平面が焦点面１１０ａとなるようにシャインプルーフ条件を満たして配置されている。なお、以下の説明においては、第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０を纏めて「俯瞰用撮像ユニット」と称する場合がある。
　第３撮像ユニット１５０は、ボンディングツール１２０のコレット１２２に保持された状態の前記半導体チップ３１０を、仰視して撮像するための仰視用撮像ユニットである。図示するように、第３撮像ユニット１５０は、ステージ１９０のステージ面１９０ａを分割面とすると、俯瞰用撮像ユニットが配置される空間とは反対の側の空間に配置されている。第３撮像ユニット１５０は、第３光学系１５１と第３撮像素子１５２を備え、その光軸を上方へ向けて設置されている。第３撮像ユニット１５０は、第３光学系１５１と第３撮像素子１５２が光軸と直交するように配置された一般的な撮像ユニットであり、その焦点面１５０ａは第３撮像素子１５２の受光面と平行である。なお、以下の説明においては、第３撮像ユニット１５０を「仰視用撮像ユニット」と称する場合がある。
　較正ユニット１７０は、主に、指標駆動モータ１７１、指標プレート１７２、較正指標１７３を備える。較正指標１７３は、例えば十字マークの交点といった基準位置が定められたリファレンスマークである。指標プレート１７２は、例えばガラスや透明樹脂の薄板であり、その一面に較正指標１７３が印刷されている。すなわち、較正指標１７３は、指標プレート１７２のいずれの面側からも観察できる。本実施形態においては、較正指標１７３は、指標プレート１７２のうち第３撮像ユニット１５０と対向する表面とは反対側の表面に印刷されている。本実施形態においては、較正指標１７３が印刷された表面を指標面１７３ａと称する。
　なお、互いの基準位置がＸＹ方向にずれなく２つの較正指標１７３が指標プレート１７２の両面にそれぞれ印刷されていれば、指標プレート１７２は透明でなくても構わない。その場合、第３撮像ユニット１５０と対向する較正指標１７３が第３撮像ユニット１５０の被写界深度度の範囲に収まるように、指標プレート１７２の厚さが設定される。また、較正指標１７３は、印刷に限らず、シールの貼着や、指標プレート１７２表面のケガキ等により設けられてもよい。指標プレート１７２の両面に較正指標１７３を設ける場合には、第３撮像ユニット１５０と対向する表面とは反対側の表面を指標面１７３ａと定めるとよい。第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０が撮像する較正指標１７３と、第３撮像ユニット１５０が撮像する較正指標１７３とが異なることによるＺ方向の誤差は、指標プレート１７２の厚さ等を基準として補正すればよい。
　指標駆動モータ１７１は、指標プレート１７２をＺ軸周りに旋回させることにより、較正指標１７３を第３撮像ユニット１５０の視野中心付近へ移動させたり、当該視野から退避させたりする。指標プレート１７２が旋回されて較正指標１７３が第３撮像ユニット１５０の視野へ投入されると、較正指標１７３が第３撮像ユニット１５０の焦点面１５０ａとなるように、それぞれの配置が調整されている。なお、第３光学系１５１は、焦点面１５０ａを挟む一定の奥行き範囲を被写界深度とするので、指標面１７３ａと焦点面１５０ａはその被写界深度の範囲であればずれが許容される。
　ステージ１９０は、ステージ駆動モータ１９１によって平面方向および垂直方向へ移動可能である。具体的には後述するが、ステージ１９０は、実装処理に応じて、第１半導体チップ３１０ａを載置する載置予定領域の領域面である第１領域面３３０ａ（リードフレーム３３０の上面）や、第２半導体チップ３１０ｂを載置する載置予定領域の領域面である第２領域面３３０ｂ（リードフレーム３３０に接着された第１半導体チップ３１０ａの上面）が、指標面１７３ａと同一の高さとなるように、その位置が調整される。ここで、第１領域面２２０ａは、第１半導体チップ３１０ａの実装面が実装される被実装面を含む。また、第２領域面３３０ｂは、第２領域面３３０ｂは、第２半導体チップ３１０ｂの実装面が実装される被実装面を含む。
　図２は、ボンディング装置１００のシステム構成図である。ボンディング装置１００の制御システムは、主に、演算処理部２１０、記憶部２２０、入出力デバイス２３０、第１撮像ユニット１３０、第２撮像ユニット１４０、第３撮像ユニット１５０、ヘッド駆動モータ１１１、ツール駆動モータ１２１、指標駆動モータ１７１、ステージ駆動モータ１９１によって構成される。
　演算処理部２１０は、ボンディング装置１００の制御とプログラムの実行処理を行うプロセッサ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）である。プロセッサは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の演算処理チップと連携する構成であってもよい。演算処理部２１０は、記憶部２２０に記憶されたボンディング制御プログラムを読み出して、ボンディング制御に関する様々な処理を実行する。
　記憶部２２０は、不揮発性の記憶媒体であり、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）によって構成されている。記憶部２２０は、ボンディング制御プログラムの他にも、制御や演算に用いられる様々なパラメータ値、関数、ルックアップテーブル等を記憶し得る。記憶部２２０は、特に、較正データ２２１を記憶している。較正データ２２１は、具体的には後述するが、同一の観察対象に対して俯瞰画像に基づいて算出される座標値と仰視画像に基づいて算出される座標値の差分を較正する較正値に関するデータである。
　入出力デバイス２３０は、例えばキーボード、マウス、表示モニタを含み、ユーザによるメニュー操作を受け付けたり、ユーザへ情報を提示したりするデバイスである。例えば、演算処理部２１０は、取得した俯瞰画像や仰視画像を入出力デバイス２３０の一つである表示モニタへ表示してもよい。
　第１撮像ユニット１３０は、演算処理部２１０から撮像要求信号を受けて撮像を実行し、第１撮像素子１３２が出力した第１俯瞰画像を画像信号として演算処理部２１０へ送信する。第２撮像ユニット１４０は、演算処理部２１０から撮像要求信号を受けて撮像を実行し、第２撮像素子１４２が出力した第２俯瞰画像を画像信号として演算処理部２１０へ送信する。第３撮像ユニット１５０は、演算処理部２１０から撮像要求信号を受けて撮像を実行し、第３撮像素子１５２が出力した仰視画像を画像信号として演算処理部２１０へ送信する。
　ヘッド駆動モータ１１１は、演算処理部２１０から駆動信号を受けてヘッド部１１０を水平面方向および高さ方向へ移動させる。ツール駆動モータ１２１は、演算処理部２１０から駆動信号を受けてボンディングツール１２０を高さ方向へ移動させ、Ｚ軸周りに回転させる。指標駆動モータ１７１は、演算処理部２１０から駆動信号を受けて指標プレート１７２を旋回させる。ステージ駆動モータ１９１は、演算処理部２１０から駆動信号を受けてステージ１９０を水平面方向および高さ方向へ移動させる。
　演算処理部２１０は、ボンディング制御プログラムが指示する処理に応じて様々な演算を実行する機能演算部としての役割も担う。演算処理部２１０は、画像取得部２１１、駆動制御部２１２、較正制御部２１３、ボンディング制御部２１４として機能し得る。画像取得部２１１は、第１撮像ユニット１３０、第２撮像ユニット１４０、第３撮像ユニット１５０へ撮像要求信号を送信し、第１俯瞰画像、第２俯瞰画像、仰視画像の画像信号を取得する。駆動制御部２１２は、ヘッド駆動モータ１１１、ツール駆動モータ１２１、指標駆動モータ１７１、ステージ駆動モータ１９１へ制御量に応じた駆動信号を送信することにより、ヘッド部１１０、ボンディングツール１２０、指標プレート１７２、ステージ１９０を目標位置へ移動させる。また、ピックアップ機構５１０や反転機構５２０のへ駆動信号を送信することにより、ターゲットとなる半導体チップ３１０を押し上げたり、吸着させて反転させたりする。
　較正制御部２１３は、画像取得部２１１や駆動制御部２１２等を制御することにより、上述の較正値を、較正指標１７３を俯瞰用撮像ユニットに撮像させ出力させた俯瞰画像と仰視用撮像ユニットに撮像させ出力させた仰視画像とに基づいて演算する。ボンディング制御部２１４は、実装制御部の一例であり、画像取得部２１１や駆動制御部２１２等を制御することにより、ボンディングツール１２０に保持された半導体チップ３１０を仰視用撮像ユニットに撮像させ出力させた仰視画像に基づいて半導体チップ３１０の基準位置を認識する。このとき、ボンディング制御部２１４は、当該半導体チップ３１０の載置予定領域の領域面が較正指標１７３の指標面１７３ａと同一の高さになるようにステージ１９０の位置を調整する。そして、当該半導体チップ３１０を載置しようとする載置予定領域を俯瞰用撮像ユニットに撮像させて出力させた俯瞰画像と上述の較正値に基づいて決定した目標位置に当該基準位置が合致するように、ボンディングツール１２０に当該半導体チップ３１０を載置予定領域に載置させてボンディングさせる。このとき、ボンディング制御部２１４は、俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａが載置予定領域の領域面と同一の高さになるようにヘッド部１１０の位置を調整する。較正制御部２１３とボンディング制御部２１４の具体的な制御や処理については後に詳述する。
　図３は、第１撮像ユニット１３０に採用されているシャインプルーフ光学系を説明するための説明図である。第２撮像ユニット１４０にも同様のシャインプルーフ光学系が採用されているが、ここでは代表して第１撮像ユニット１３０のシャインプルーフ光学系について説明する。
　図３において、平面Ｓ１は、ステージ１９０のステージ面に対して平行である焦点面１１０ａである。仮想面Ｓ２は、物側レンズ群１３１ａと像側レンズ群１３１ｂを構成群とする第１光学系１３１の主平面を含む平面である。平面Ｓ３は、第１撮像素子１３２の受光面を含む平面である。本実施形態においてシャインプルーフ光学系は、シャインプルーフ条件を満たして配置されている第１光学系１３１と第１撮像素子１３２を含む。シャインプルーフ条件を満たす配置とは、平面Ｓ１、仮想面Ｓ２、仮想面Ｓ３が共通の直線Ｐ上で互いに交差する配置である。
　絞り１３３は、物側レンズ群１３１ａと像側レンズ群１３１ｂの間に配置され、通過する光束を制限する。絞り１３３の径により、被写界深度ＤＰを調整することができる。したがって、例えば第１領域面３３０ａや第２領域面３３０ｂがこの被写界深度内に位置すれば、第１撮像ユニット１３０は、後述するパッド基準マークや積層基準マークを合焦状態で撮像することができる。この意味において、焦点面１１０ａをある面と同一の高さになるように調整する位置制御は、被写界深度ＤＰの範囲であればずれが許容される。
　第２撮像ユニット１４０は、第１撮像ユニット１３０と同様の構成を備え、ボンディングツール１２０の中心軸を含むＹＺ平面に対して対称にヘッド部１１０に配設されている。したがって、第２撮像ユニット１４０も第１撮像ユニット１３０と同様に、パッド基準マークや積層基準マークを合焦状態で撮像することができる。第１撮像ユニット１３０の焦点面と第２撮像ユニット１４０の焦点面は、焦点面１１０ａで一致することが好ましいが、ずれが生じたとしても、互いの被写界深度の一部が重なっている限り、パッド基準マークや積層基準マーク等を共に合焦状態で撮像することができる。
　さて、このようなシャインプルーフ光学系を採用した撮像ユニットを採用すると、ボンディングツール１２０の直下を斜め方向から観察できる。したがって、ボンディングツール１２０に半導体チップ３１０を保持させ、その載置予定領域の直上にボンディングツール１２０を移動させた状態でも、当該載置予定領域を俯瞰用撮像ユニットで観察することができる。すなわち、載置予定領域の直上にボンディングツール１２０を移動させてから、俯瞰用撮像ユニットが出力する俯瞰画像に基づいて半導体チップ３１０を載置する目標位置を決定することができる。すると、その状態から半導体チップ３１０を目標位置まで移動させればよいので、ヘッド部１１０やボンディングツール１２０の移動を大幅に抑制することができ、移動に伴う位置ずれの低減やリードタイムの短縮を実現できるようになった。
　しかし、シャインプルーフ光学系を採用する撮像ユニットは、光学系や撮像素子の配置上の特性から、光学系や撮像素子が周辺環境の温度変化に伴ってわずかに変位するだけで、出力画像が平面方向へ変位してしまうことがわかってきた。すなわち、周辺環境の温度により、像がシフトしてしまうことがわかってきた。このような現象は、俯瞰画像に基づいて半導体チップ３１０を載置する目標位置を決定する場合に、その目標位置に誤差を生じさせ、当該半導体チップを本来の目標位置へ精度よくボンディングすることを妨げる結果を招いてしまう。特に、半導体チップ３１０を加熱するヒータ１２４がボンディングツール１２０に備え付けられているような場合には、シャインプルーフ光学系周りの温度変化が大きくなる。また、基板上にボンディングした半導体チップの上に更に別の半導体チップを重ねてボンディングするいわゆるスタックドダイ実装や２．５次元実装においては、それぞれの半導体チップを載置する載置面の高さが変化する。このような場合には、その高さごとに生じる誤差量が異なるという課題も明らかになってきた。
　そこで、本実施形態においては、周辺環境の温度変化が想定される所定のタイミングで較正処理を実行すると共に、ボンディング処理では、これから実装しようとする半導体チップ３１０の載置予定領域の領域面（第１領域面３３０ａまたは第２領域面３３０ｂ）の高さを較正指標１７３の指標面１７３ａの高さに揃えることにより、較正処理によって得られた較正値を、いずれの層に積層する半導体チップ３１０の目標位置認識に対しても適用できるようにする。以下に、較正処理とボンディング処理を順に説明する。
　較正処理は、較正制御部２１３が実行を担う。較正制御部２１３は、まず、第１撮像ユニット１３０、第２撮像ユニット１４０および第３撮像ユニット１５０に較正指標１７３を撮像させる。図４は、３つの撮像ユニットが較正指標１７３を撮像する様子を示す図である。
　図示するように、較正制御部２１３は、較正処理を開始するにあたり、駆動制御部２１２を介して指標駆動モータ１７１を駆動することにより、指標プレート１７２を第３撮像ユニット１５０の視野内へ移動させる。指標プレート１７２が第３撮像ユニット１５０の視野内へ移動されると、指標プレート１７２に設けられた較正指標１７３が第３撮像ユニット１５０の視野のほぼ中心に位置すると共に、その指標面１７３ａと第３撮像ユニット１５０の焦点面１５０ａが同一面となる。
　較正制御部２１３は、続いて、駆動制御部２１２を介してヘッド駆動モータ１１１を駆動することにより、俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａが指標面１７３ａと一致するように、かつボンディングツール１２０の直下に較正指標１７３が位置するようにヘッド部１１０を移動させる。なお、ボンディングツール１２０は、俯瞰用撮像ユニットの視野に入り込まない位置へ退避されている。
　このようにそれぞれが配置された状態で、較正制御部２１３は、画像取得部２１１を介して、第１撮像ユニット１３０から第１俯瞰画像を、第２撮像ユニット１４０から第２俯瞰画像を、第３撮像ユニット１５０から仰視画像を取得する。そして、第１俯瞰画像と第２俯瞰画像にそれぞれ写り込む較正指標１７３の像の画像座標から、較正指標１７３の三次元座標（Ｘｈｒ，Ｙｈｒ，Ｚｈｒ）を算出する。また、仰視画像に写り込む較正指標１７３の像の画像座標から、較正指標１７３の三次元座標（Ｘｓｒ，Ｙｓｒ，Ｚｓｒ）を算出する。もし、俯瞰用撮像ユニットが周辺環境の温度変化の影響を受けておらず、ボンディング装置１００の初期状態において撮像ユニット間の座標が正しく調整された状態を保っているのであれば、少なくともＸｈｒ＝Ｘｓｒ、Ｙｈｒ＝Ｙｓｒとなるはずである。
　しかし、上述のように、ボンディング装置１００の使用を開始してしばらく経過すると、俯瞰画像から算出される三次元座標が周辺環境の温度変化の影響を受けて誤差を含むようになる。そこで、その誤差である（ΔＸ，ΔＹ）を較正値とする。具体的には、誤差は差分として表され、ΔＸ＝Ｘｓｒ－Ｘｈｒ、ΔＹ＝Ｙｓｒ－Ｙｈｒとすることができる。このように較正値を算出しておけば、その後に俯瞰用撮像ユニットがある観察対象を撮像してその俯瞰画像から算出した三次元座標が（Ｘｈｔ，Ｙｈｔ，Ｚｈｔ）であったとすると、較正値を加味して（Ｘｈｔ＋ΔＸ，Ｙｈｔ＋ΔＹ，Ｚｈｔ）と補正することができる。この補正された座標値は、仮に同じ観察対象を仰視用撮像ユニットで撮像できたとして、その場合に得られた仰視画像から算出される座標値に対して誤差がないと言える。
　較正制御部２１３は、このように算出した較正値を、較正データ２２１として記憶部２２０に記憶する。較正データ２２１は、さらに周辺環境の温度が変化している可能性があり再度の較正処理が必要であると評価されるまで、後述するボンディング処理において参照される。換言すれば、再度の較正処理が必要であると評価されると、較正制御部２１３は、上述の処理を繰り返して較正値を更新する。
　再度の較正処理が必要であると評価される例としては、ボンディング制御部２１４が予め設定されたロット分の半導体チップ３１０のボンディングを完了するタイミングが考えられる。具体的には、チップ供給装置５００に新たなロットの半導体チップ３１０が供給されるタイミングに合わせて、較正制御部２１３が較正処理を実行するようにしてもよい。また、ボンディング制御部２１４が実行するボンディング作業の作業時間を目安としてもよい。例えば、６０分間継続してボンディング作業を実行した場合に較正処理を実行すると定めることができる。さらには、ヘッド部１１０に俯瞰用撮像ユニットの温度を検出する温度検出部を設けておき、当該温度検出部が予め設定された温度を検出したタイミングであってもよい。具体的には、複数の温度を予め設定しておき、周辺温度が当該温度を跨いで変動したことが検出された場合に較正処理を実行する。このように較正値を更新すれば、ボンディング処理を継続する期間に亘って、俯瞰画像から算出される座標値の誤差を一定範囲に抑制することが可能となる。
　ボンディング処理は、ボンディング制御部２１４が実行を担う。ボンディング制御部２１４は、まず、対象となる半導体チップ３１０を拾得する。図５は、ボンディングツール１２０が第１半導体チップ３１０ａを拾得する様子を示す図である。
　ボンディング制御部２１４は、駆動制御部２１２を介してヘッド駆動モータ１１１を駆動することによりヘッド部１１０をチップ供給装置５００の上部へ移動させ、ツール駆動モータ１２１を駆動することによりボンディングツール１２０を降下させる。これに並行して、ピックアップ機構５１０は、チップ供給装置５００に載置された半導体チップ３１０のうち、ボンディング対象となる第１半導体チップ３１０ａの一つを反転機構５２０へ向けて押し上げ、反転機構５２０は、当該第１半導体チップ３１０ａを吸着して反転させる。そして、降下されたボンディングツール１２０は、当該第１半導体チップ３１０ａをコレット１２２によって吸着して拾得し、ボンディングツール１２０を上昇させる。
　ボンディング制御部２１４は、指標プレート１７２が第３撮像ユニット１５０の視野内に位置する場合には、ボンディングツール１２０が第１半導体チップ３１０ａを拾得する作業に前後して、指標プレート１７２を第３撮像ユニット１５０の視野から退避させる。具体的には、ボンディング制御部２１４は、駆動制御部２１２を介して指標駆動モータ１７１を駆動することにより指標プレート１７２を移動する。
　ボンディング制御部２１４は、次に、ボンディングツール１２０が吸着した第１半導体チップ３１０ａを第３撮像ユニット１５０に撮像させる。図６は、第３撮像ユニット１５０がボンディングツール１２０に吸着された第１半導体チップ３１０ａを撮像すると共に、第１半導体チップ３１０ａを載置する載置予定領域の領域面である第１領域面３３０ａの高さを指標面１７３ａの高さに調整する様子を示す図である。
　ボンディング制御部２１４は、駆動制御部２１２を介してヘッド駆動モータ１１１を駆動することにより、俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａが指標面１７３ａと同一の高さになるように、かつボンディングツール１２０の直下に第３撮像ユニット１５０が位置するようにヘッド部１１０を移動させる。そして、ツール駆動モータ１２１を駆動することにより、保持している第１半導体チップ３１０ａのうちリードフレーム３３０の載置予定領域への接触予定面が指標面１７３ａと同一の高さとなるように、ボンディングツール１２０を降下させる。なお、当該接触予定面は、第１半導体チップ３１０ａの実装面を含む。このような配置の調整が完了したら、ボンディング制御部２１４は、画像取得部２１１を介してボンディングツール１２０に保持された第１半導体チップ３１０ａの接触予定面を第３撮像ユニット１５０に撮像させる。なお、第１半導体チップ３１０ａの接触予定面は、コレット１２２に吸着された面とは反対側の面であり、第３撮像ユニット１５０に対向する面である。
　ボンディング制御部２１４は、第３撮像ユニット１５０に第１半導体チップ３１０ａの接触予定面を撮像させる処理に前後して、駆動制御部２１２を介してステージ駆動モータ１９１を駆動することにより、ステージ１９０の位置を調整する。具体的には、第１半導体チップ３１０ａの載置予定領域の領域面である第１領域面３３０ａが指標面１７３ａと同一の高さになるように調整する。例えば、リードフレーム３３０の厚さは既知であるので、ボンディング制御部２１４は、ステージ面１９０ａを指標面１７３ａの高さからリードフレーム３３０の厚さを差し引いたＺ＝Ｚ１へ移動させればよい。
　なお、第１領域面３３０ａが指標面１７３ａと同一の高さに既に調整されているのであれば、ボンディング制御部２１４は、ステージ１９０の位置調整をスキップする。また、ステージ１９０の位置調整は、ボンディング制御部２１４が第１半導体チップ３１０ａを載置予定領域に載置する作業を開始するまでに実行すればよい。
　図７は、第３撮像ユニット１５０がボンディングツール１２０に保持された第１半導体チップ３１０ａを撮像して出力した仰視画像を模式的に示す図である。なお、図中の各被写体像には、そのまま対応する被写体の符番を付して説明する。
　上述のように、ボンディングツール１２０は、チップ供給装置５００で準備された半導体チップ３１０（第１半導体チップ３１０ａ、第２半導体チップ３１０ｂ）をコレット１２２で吸着することにより拾得され、保持される。このとき、ボンディングツール１２０は、半導体チップ３１０の中心を予め設定された向きで吸着しようとするが、実際にはこれらに対してずれを含んで吸着することもある。そこで、ボンディング制御部２１４は、半導体チップ３１０が実際にどのような位置にどのような向きで保持されているかを確認し、当該半導体チップ３１０をリードフレーム３３０へ載置するための基準位置を認識する。
　図７に示す仰視画像は、第３撮像ユニット１５０が第１半導体チップ３１０ａを見上げるように撮像した画像であるので、第１半導体チップ３１０ａを保持するコレット１２２も写り込んでいる。そこで、ボンディング制御部２１４は、コレット１２２の輪郭である円を検出することにより、コレット中心１２３の画像座標を算出する。
　また、本実施形態における第１半導体チップ３１０ａはリードフレーム３３０への接触予定面にチップ基準マーク３１１ａが設けられており、ボンディング制御部２１４は、仰視画像に写り込んでいるチップ基準マーク３１１ａの画像座標を算出する。このように算出したコレット中心１２３の画像座標とチップ基準マーク３１１ａの画像座標から、ボンディング制御部２１４は、第１半導体チップ３１０ａがコレット１２２に対して実際にどのような位置にどのような向きで保持されているかを認識できる。例えば、チップ基準マーク３１１ａが設けられている位置が第１半導体チップ３１０ａをリードフレーム３３０の載置予定領域へ載置するための基準位置だとすれば、ボンディング制御部２１４は、仰視画像を撮像した時点における第１半導体チップ３１０ａの基準位置の三次元座標を算出できる。したがって、その後にボンディングツール１２０やヘッド部１１０が移動されても、コレット１２２が当該第１半導体チップ３１０ａを保持し続ける限り、基準位置の三次元座標を追跡することができる。
　ボンディング制御部２１４は、基準位置の三次元座標を認識したら、ツール駆動モータ１２１を駆動することにより、保持している第１半導体チップ３１０ａが俯瞰用撮像ユニットの視野から退避する位置までボンディングツール１２０を上昇させる。そして、ヘッド駆動モータ１１１を駆動することにより、ボンディングツール１２０が、これから第１半導体チップ３１０ａを載置する載置予定領域であるダイパッドの直上となるように、かつ俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａが第１領域面３３０ａと一致するようにヘッド部１１０を移動させる。なお、ボンディングツール１２０の上昇とヘッド部１１０の移動は、並列して行っても構わない。
　図８は、ヘッド部１１０とボンディングツール１２０がそのように配置された状態で、第１撮像ユニット１３０と第２撮像ユニット１４０がリードフレーム３３０上の載置予定領域を撮像する様子を示す図である。また、図９は、図８の部分斜視図である。本実施形態におけるリードフレーム３３０は、将来的に切り出されて一つのパッケージに収められる単位領域３２２のそれぞれに、一つのダイパッド３２０を有する。図示するダイパッド３２０は、第１半導体チップ３１０ａが載置される載置予定領域である。また、それぞれの単位領域３２２には、その基準位置を示すパッド基準マーク３２１が設けられている。
　図８および図９のように配置された状態において、第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０はそれぞれ、同一の単位領域３２２に含まれるダイパッド３２０とパッド基準マーク３２１を視野内に捉えて合焦状態で撮像することができる。ボンディング制御部２１４は、第１撮像ユニット１３０が出力する第１俯瞰画像と第２撮像ユニット１４０が出力する第２俯瞰画像とを用いて、第１半導体チップ３１０ａをダイパッド３２０に載置するときにその基準位置を合致させるべき目標位置の座標を算出する。
　図１０は、第１俯瞰画像および第２俯瞰画像から第１半導体チップ３１０ａを載置する目標座標を算出するまでの手順を示す図である。第１撮像ユニット１３０は、ダイパッド３２０に対してパッド基準マーク３２１側からこれらを撮像するので、その出力画像である第１俯瞰画像には、単位領域３２２がパッド基準マーク３２１側に拡がった台形状に写り込む。逆に第２撮像ユニット１４０は、ダイパッド３２０に対してパッド基準マーク３２１の反対側からこれらを撮像するので、その出力画像である第２俯瞰画像には、単位領域３２２がパッド基準マーク３２１側に狭まった台形状に写り込む。
　ボンディング制御部２１４は、第１俯瞰画像からパッド基準マーク３２１の画像座標（ｘ１ｋ，ｙ１ｋ）を決定し、また、第２俯瞰画像からパッド基準マーク３２１の画像座標（ｘ２ｋ，ｙ２ｋ）を決定する。そして、例えば画像座標を三次元座標に変換する変換テーブルを参照することにより、これらの画像座標からパッド基準マーク３２１の三次元座標である指標座標（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）を算出する。この指標座標の座標値は、精確な目標位置を算出するための仮目標位置であり、上述のように周辺環境の温度変化の影響を受けて誤差を含むものである。そこで、較正データ２２１から較正値（ΔＸ，ΔＹ）を読み出して補正する。このようにして得られた補正後の指標座標（Ｘｋ＋ΔＸ，Ｙｋ＋ΔＹ，Ｚｋ）の座標値は、仰視画像から算出される空間座標に対して誤差がないものと期待し得る。
　予め設定されたダイパッド３２０の目標位置とパッド基準マーク３２１の相対位置は既知であるので、ボンディング制御部２１４は、補正された指標座標（Ｘｋ＋ΔＸ，Ｙｋ＋ΔＹ，Ｚｋ）から目標位置の座標（ＸＴａ，ＹＴａ，ＺＴａ）を精確に算出することができる。
　目標位置の座標が確定したら、第１半導体チップ３１０ａを当該目標位置へ載置してボンディングする。図１１は、ボンディングツール１２０が第１半導体チップ３１０ａを目標位置へ載置してボンディングする様子を示す図である。
　ボンディング制御部２１４は、上述のように、ボンディングツール１２０やヘッド部１１０の移動に対して第１半導体チップ３１０ａの基準位置の三次元座標を追跡して把握しており、この基準位置がダイパッド３２０の目標位置に合致するように、第１半導体チップ３１０ａを移動させる。具体的には、駆動制御部２１２を介してヘッド駆動モータ１１１を駆動することによりヘッド部１１０のＸＹ方向の位置を微調整し、ツール駆動モータ１２１を駆動することによりボンディングツール１２０のＺ軸周りの回転量を微調整する。そして、基準位置のＸ座標およびＹ座標と目標位置のＸ座標およびＹ座標がそれぞれ一致した状態でボンディングツール１２０を下降させ、第１半導体チップ３１０ａをダイパッド３２０上に載置する。その後、第１半導体チップ３１０ａをコレット１２２の先端部で加圧しつつ、ヒータ１２４で加熱して、ダイパッド３２０に接着する。
　本実施形態においては、上述のように、較正値を算出したときのヘッド部１１０のＺ方向の位置は、俯瞰用撮像ユニットがチップ基準マーク３１１ａを撮像するときのヘッド部１１０のＺ方向の位置と同じである。また、図６および図７を用いて説明したように、コレット１２２に保持された第１半導体チップ３１０ａの接触予定面を、較正処理を実行した指標面１７３ａと高さを揃えてチップ基準マーク３１１ａの三次元座標を算出している。そして、第１領域面３３０ａを、較正処理を実行した指標面１７３ａの高さに一致させている。すなわち、較正値を取得したとき、チップ基準マーク３１１ａの三次元座標を算出したとき、第１半導体チップ３１０ａをダイパッド３２０に載置するときのそれぞれにおけるヘッド部１１０のＺ方向の位置は、いずれも同じである。
　したがって、ヘッド部１１０やボンディングツール１２０をＺ方向に移動した場合に生じ得る、実際の三次元座標と認識した三次元座標のＸＹ方向に対する誤差を考慮する必要がない。例えば、図８の状態ではボンディングツール１２０は第１半導体チップ３１０ａを保持して俯瞰用撮像ユニットの視野から退避しているが、この状態における実際の基準位置のＸ座標およびＹ座標は、ボンディングツール１２０を上下させる移動機構の要素間のあそび等の影響により、ボンディング制御部２１４が認識しているＸ座標およびＹ座標とは一致しない場合もある。しかし、図１１のように第１半導体チップ３１０ａを第１領域面３３０ａに載置するときのボンディングツール１２０高さは、チップ基準マーク３１１ａの三次元座標を算出したときのボンディングツール１２０高さと同一となり、移動機構による誤差要因が除去される。つまり、第１半導体チップ３１０ａを第１領域面３３０ａに載置するときの実際の基準位置のＸ座標およびＹ座標は、ボンディング制御部２１４が認識しているＸ座標およびＹ座標と一致することになる。したがって、本実施形態においては、第１半導体チップ３１０ａをダイパッド３２０へ載置、接着する場合には、第１領域面３３０ａの高さを指標面１７３ａの高さに一致させている。
　図１２は、ボンディングツール１２０が退避する様子を示す図である。図示するように半第１半導体チップ３１０ａのボンディングが完了したら、ボンディング制御部２１４は、駆動制御部２１２を介してツール駆動モータ１２１を駆動することにより、ボンディングツール１２０を上昇させる。
　ボンディング制御部２１４は、続いて、第２半導体チップ３１０ｂをボンディングが完了した第１半導体チップ３１０ａに積層してボンディングする処理を開始する。ボンディング制御部２１４は、図５を示して説明した第１半導体チップ３１０ａの拾得と同様に、チップ供給装置５００に載置された半導体チップ３１０のうち、ボンディング対象となる第２半導体チップ３１０ｂの一つをピックアップ機構５１０と反転機構５２０により反転させ、これをコレット１２２によって吸着して拾得する。
　図１３は、第３撮像ユニット１５０がボンディングツール１２０に吸着された第２半導体チップ３１０ｂを撮像すると共に、第２半導体チップ３１０ｂを載置する載置予定領域の領域面である第２領域面３３０ｂの高さを指標面１７３ａの高さに調整する様子を示す図である。
　ボンディング制御部２１４は、駆動制御部２１２を介してヘッド駆動モータ１１１を駆動することにより、俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａが指標面１７３ａと同一の高さになるように、かつボンディングツール１２０の直下に第３撮像ユニット１５０が位置するようにヘッド部１１０を移動させる。そして、ツール駆動モータ１２１を駆動することにより、保持している第２半導体チップ３１０ｂのうち積層対象である第１半導体チップ３１０ａの載置予定領域への接触予定面が指標面１７３ａと同一の高さとなるように、ボンディングツール１２０を降下させる。なお、当該接触予定面は、第２半導体チップ３１０ｂの実装面を含む。このような配置の調整が完了したら、ボンディング制御部２１４は、画像取得部２１１を介してボンディングツール１２０に保持された第２半導体チップ３１０ｂの接触予定面を第３撮像ユニット１５０に撮像させる。なお、第２半導体チップ３１０ｂの接触予定面は、コレット１２２に吸着された面とは反対側の面であり、第３撮像ユニット１５０に対向する面である。
　ボンディング制御部２１４は、第３撮像ユニット１５０に第２半導体チップ３１０ｂの接触予定面を撮像させる処理に前後して、駆動制御部２１２を介してステージ駆動モータ１９１を駆動することにより、ステージ１９０の位置を調整する。具体的には、第２半導体チップ３１０ｂの載置予定領域の領域面である第２領域面３３０ｂが指標面１７３ａと同一の高さになるように調整する。例えば、リードフレーム３３０および第１半導体チップ３１０ａのそれぞれの厚さは既知であるので、ボンディング制御部２１４は、ステージ面１９０ａを指標面１７３ａの高さからリードフレーム３３０の厚さと第１半導体チップ３１０ａの厚さを差し引いたＺ＝Ｚ２へ移動させればよい。
　なお、第２領域面３３０ｂが指標面１７３ａと同一の高さに既に調整されているのであれば、ボンディング制御部２１４は、ステージ１９０の位置調整をスキップする。また、ステージ１９０の位置調整は、ボンディング制御部２１４が第２半導体チップ３１０ｂを載置予定領域に載置する作業を開始するまでに実行されればよい。
　図１４は、第３撮像ユニット１５０がボンディングツール１２０に保持された第２半導体チップ３１０ｂを撮像して出力した仰視画像を模式的に示す図である。ボンディング制御部２１４は、第１半導体チップ３１０ａの場合と同様に、第２半導体チップ３１０ｂについてもコレット１２２に対する吸着位置と向きを確認し、当該第２半導体チップ３１０ｂを第１半導体チップ３１０ａへ載置するための基準位置を認識する。
　ボンディング制御部２１４は、コレット１２２の輪郭である円を検出することにより、コレット中心１２３の画像座標を算出する。また、本実施形態における第２半導体チップ３１０ｂは第１半導体チップ３１０ａへの接触予定面にチップ基準マーク３１１ｂが設けられており、ボンディング制御部２１４は、仰視画像に写り込んでいるチップ基準マーク３１１ｂの画像座標を算出する。このように算出したコレット中心１２３の画像座標とチップ基準マーク３１１ｂの画像座標から、ボンディング制御部２１４は、第２半導体チップ３１０ｂがコレット１２２に対して実際にどのような位置にどのような向きで保持されているかを認識できる。したがって、その後にボンディングツール１２０やヘッド部１１０が移動されても、コレット１２２が当該第２半導体チップ３１０ｂを保持し続ける限り、基準位置の三次元座標を追跡することができる。
　ボンディング制御部２１４は、基準位置の三次元座標を認識したら、ツール駆動モータ１２１を駆動することにより、保持している第２半導体チップ３１０ｂが俯瞰用撮像ユニットの視野から退避する位置までボンディングツール１２０を上昇させる。そして、ヘッド駆動モータ１１１を駆動することにより、ボンディングツール１２０が、これから第２半導体チップ３１０ｂを載置する載置予定領域である第１半導体チップ３１０ａの直上となるように、かつ俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａが第２領域面３３０ｂと一致するようにヘッド部１１０を移動させる。なお、ボンディングツール１２０の上昇とヘッド部１１０の移動は、並列して行っても構わない。
　図１５は、ヘッド部１１０とボンディングツール１２０がそのように配置された状態で、第１撮像ユニット１３０と第２撮像ユニット１４０が第１半導体チップ３１０ａ上の載置予定領域を撮像する様子を示す図である。このような状態において、第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０はそれぞれ、対象となる第１半導体チップ３１０ａ上の載置予定領域を視野内に捉えて合焦状態で撮像することができる。ボンディング制御部２１４は、第１撮像ユニット１３０が出力する第１俯瞰画像と第２撮像ユニット１４０が出力する第２俯瞰画像とを用いて、第２半導体チップ３１０ｂを第１半導体チップ３１０ａに載置するときにその基準位置を合致させるべき目標位置の座標を算出する。
　図１６は、第１俯瞰画像および第２俯瞰画像から第２半導体チップ３１０ｂを載置する目標座標を算出するまでの手順を示す図である。図示するように積層する第１半導体チップ３１０ａは既にリードフレーム３３０上の単位領域３２２内にボンディングされており、第１俯瞰画像、第２俯瞰画像には共に、第１半導体チップ３１０ａ上面において基準位置を示す積層基準マーク３２３が写り込んでいる。
　ボンディング制御部２１４は、第１俯瞰画像から積層基準マーク３２３の画像座標（ｘ１ｊ，ｙ１ｊ）を決定し、また、第２俯瞰画像から積層基準マーク３２３の画像座標（ｘ２ｊ，ｙ２ｊ）を決定する。そして、これらの画像座標からパッド基準マーク３２１の三次元座標である指標座標（Ｘｊ，Ｙｊ，Ｚｊ）を算出する。この指標座標の座標値は、精確な目標位置を算出するための仮目標位置であり、上述のように周辺環境の温度変化の影響を受けて誤差を含むものである。そこで、較正データ２２１から較正値（ΔＸ，ΔＹ）を読み出して補正する。このようにして得られた補正後の指標座標（Ｘｊ＋ΔＸ，Ｙｊ＋ΔＹ，Ｚｊ）の座標値は、仰視画像から算出される空間座標に対して誤差がないものと期待し得る。予め設定された第１半導体チップ３１０ａ上の目標位置と積層基準マーク３２３の相対位置は既知であるので、ボンディング制御部２１４は、補正された指標座標（Ｘｊ＋ΔＸ，Ｙｊ＋ΔＹ，Ｚｊ）から目標位置の座標（ＸＴｂ，ＹＴｂ，ＺＴｂ）を精確に算出することができる。
　目標位置の座標が確定したら、第２半導体チップ３１０ｂを当該目標位置へ載置してボンディングする。図１７は、ボンディングツール１２０が第２半導体チップ３１０ｂを第１半導体チップ３１０ａの目標位置へ載置してボンディングする様子を示す図である。
　ボンディング制御部２１４は、上述のように、ボンディングツール１２０やヘッド部１１０の移動に対して第２半導体チップ３１０ｂの基準位置の三次元座標を追跡して把握しており、この基準位置が第１半導体チップ３１０ａの目標位置に合致するように、第２半導体チップ３１０ｂを移動させる。具体的には、駆動制御部２１２を介してヘッド駆動モータ１１１を駆動することによりヘッド部１１０のＸＹ方向の位置を微調整し、ツール駆動モータ１２１を駆動することによりボンディングツール１２０のＺ軸周りの回転量を微調整する。そして、基準位置のＸ座標およびＹ座標と目標位置のＸ座標およびＹ座標がそれぞれ一致した状態でボンディングツール１２０を下降させ、第２半導体チップ３１０ｂを第１半導体チップ３１０ａ上に載置する。その後、第２半導体チップ３１０ｂをコレット１２２の先端部で加圧しつつ、ヒータ１２４で加熱して、第１半導体チップ３１０ａに接着する。
　本実施形態においては、上述のように、較正値を算出したときのヘッド部１１０のＺ方向の位置は、俯瞰用撮像ユニットがチップ基準マーク３１１ｂを撮像するときのヘッド部１１０のＺ方向の位置と同じである。また、図１３および図１４を用いて説明したように、コレット１２２に保持された第２半導体チップ３１０ｂの接触予定面を、較正処理を実行した指標面１７３ａと高さを揃えてチップ基準マーク３１１ｂの三次元座標を算出している。そして、第２領域面３３０ｂを、較正処理を実行した指標面１７３ａの高さに一致させている。すなわち、較正値を取得したとき、チップ基準マーク３１１ｂの三次元座標を算出したとき、第２半導体チップ３１０ｂを第１半導体チップ３１０ａに載置するときのそれぞれにおけるヘッド部１１０のＺ方向の位置は、いずれも同じである。
　したがって、ヘッド部１１０やボンディングツール１２０をＺ方向に移動した場合に生じ得る、実際の三次元座標と認識した三次元座標のＸＹ方向に対する誤差を考慮する必要がない。例えば、図１５の状態ではボンディングツール１２０は第２半導体チップ３１０ｂを保持して俯瞰用撮像ユニットの視野から退避しているが、この状態における実際の基準位置のＸ座標およびＹ座標は、ボンディングツール１２０を上下させる移動機構の要素間のあそび等の影響により、ボンディング制御部２１４が認識しているＸ座標およびＹ座標とは一致しない場合もある。しかし、図１７のように第２半導体チップ３１０ｂを第２領域面３３０ｂに載置するときのボンディングツール１２０高さは、チップ基準マーク３１１ｂの三次元座標を算出したときのボンディングツール１２０高さと同一となり、移動機構による誤差要因が除去される。つまり、第２半導体チップ３１０ｂを第２領域面３３０ｂに載置するときの実際の基準位置のＸ座標およびＹ座標は、ボンディング制御部２１４が認識しているＸ座標およびＹ座標と一致することになる。したがって、本実施形態においては、第２半導体チップ３１０ｂを第１半導体チップ３１０ａへ載置、接着する場合には、第２領域面３３０ｂの高さを指標面１７３ａの高さに一致させている。
　第２半導体チップ３１０ｂのボンディングが完了したら、ボンディング制御部２１４は、駆動制御部２１２を介してツール駆動モータ１２１を駆動することにより、ボンディングツール１２０を上昇させる。新たな半導体チップ３１０をボンディングする場合には、再び図５の状態へ戻して処理を繰り返す。なお、本実施形態においては、一つ目の第１半導体チップ３１０ａをダイパッド３２０へボンディングしたら、ステージ１９０の位置を調整し、当該第１半導体チップ３１０ａに第２半導体チップ３１０ｂを積層する工程を採用するが、処理工程はこれに限らない。例えば、リードフレーム３３０に設けられた複数のダイパッド３２０のそれぞれに、まず第１半導体チップ３１０ａを続けて実装し、その後ステージ１９０の位置を調整して、これら第１半導体チップ３１０ａのそれぞれに第２半導体チップ３１０ｂを順次実装するようにしてもよい。このような工程を採用すれば、ステージ１９０の位置調整を実行する回数を減らせるので、リードタイムの短縮が期待できる。
　次に、以上説明した較正処理とボンディング処理を含む全体のボンディング手順をフロー図に沿って纏める。図１８は、半導体チップ３１０のボンディング手順を説明するフロー図である。
　較正制御部２１３は、ステップＳ１１で、較正処理を行うべく較正制御ステップを開始する。詳しくは後にサブフローとして説明する。なお、撮像ユニット間の座標が正しく調整された初期状態からボンディング処理を開始する場合には、最初の較正制御ステップをスキップしても構わない。
　較正制御部２１３が較正制御ステップの実行を終えたら、ステップＳ１２へ進み、ボンディング制御部２１４は、ボンディング処理を行うべくボンディング制御ステップを開始する。詳しくは後にサブフローとして説明する。
　ボンディング制御部２１４がボンディング制御ステップの実行を終えたら、ステップＳ１３へ進み、較正制御部２１３は、その時点におけるボンディング装置１００の状態が予め設定された較正タイミングの条件を満たすか否かを判断する。予め設定される較正タイミングの条件は、再度の較正処理が必要と考え得る条件が設定される。例えば、上述のように、処理が完了したロット数や、ボンディング作業の作業時間、温度検出部によって検出される温度等が設定条件の候補となる。
　ステップＳ１３で、較正制御部２１３が条件を満たすと判断した場合には、ステップＳ１１へ戻る。満たさないと判断した場合には、ステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４へ進んだ場合は、ボンディング制御部２１４は、予定された全てのボンディング処理が完了したか否かを判断する。ボンディング処理すべき半導体チップ３１０が残っていると判断したらステップＳ１２へ戻り、すべてのボンディング処理が完了したと判断したら一連の処理を終了する。
　図１９は、較正制御ステップの手順を説明するサブフロー図である。較正制御ステップでは、主に、図４を用いて説明した処理を実行する。較正制御部２１３は、ステップＳ１１０１で、指標プレート１７２を移動して較正指標１７３を第３撮像ユニット１５０の視野中心へ投入する。続いてステップＳ１１０２で、較正制御部２１３は、較正指標１７３の指標面１７３ａが第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０の焦点面１１０ａと同一面になるように、かつボンディングツール１２０の直下に較正指標１７３が位置するようにヘッド部１１０を移動させる。
　較正制御部２１３は、ステップＳ１１０３へ進み、画像取得部２１１を介して各撮像ユニットに撮像を行わせ、第１撮像ユニット１３０から第１俯瞰画像を、第２撮像ユニット１４０から第２俯瞰画像を、第３撮像ユニット１５０から仰視画像を取得する。そして、続くステップＳ１１０４で、第１俯瞰画像と第２俯瞰画像にそれぞれ写り込む較正指標１７３の像の画像座標に基づいて較正指標１７３の三次元座標を算出し、仰視画像に写り込む較正指標１７３の像に基づいて較正指標１７３の三次元座標を算出する。較正制御部２１３は、このように算出されたそれぞれの三次元座標のうち、ＸＹ平面方向の差分を較正値として算出する。算出した較正値は、較正データ２２１として記憶部２２０へ記憶する。
　その後、較正制御部２１３は、ステップＳ１１０５で、指標プレート１７２を移動して較正指標１７３を第３撮像ユニット１５０の視野から退避させる。較正指標１７３の退避が完了したら、メインのフローへ戻る。なお、較正指標１７３の退避は、続くボンディング処理の中で行ってもよい。
　図２０は、ボンディング制御ステップの手順を説明するサブフロー図である。ボンディング制御ステップでは、主に、図５から図１７を用いて説明した処理を実行する。ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２０１で、カウンターｎに「１」を代入する。
　ステップＳ１２０２へ進み、ヘッド部１１０をチップ供給装置５００の上部へ移動させ、ボンディングツール１２０を降下させる。そして、チップ供給装置５００に載置された半導体チップ３１０のうち、第ｎ層として載置する第ｎ半導体チップをピックアップ機構５１０と反転機構５２０により反転させ、これをコレット１２２によって吸着して拾得する。例えばｎ＝１であれば、第１半導体チップ３１０ａを拾得する。第ｎ半導体チップを拾得したら、ボンディングツール１２０を上昇させる。
　ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２０３で、指標面１７３ａと第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０の焦点面１１０ａが同一面になるように、かつ、ボンディングツール１２０の直下に第３撮像ユニット１５０が位置するようにヘッド部１１０を移動させる。さらにステップＳ１２０４で、保持している第ｎ半導体チップのうち積層対象への接触予定面が指標面１７３ａと同一面になるように、ボンディングツール１２０を降下させる。
　このような配置の調整が完了したら、ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２０５で、ボンディングツール１２０に保持された第ｎ半導体チップの接触予定面を第３撮像ユニット１５０に撮像させる。そして、ステップＳ１２０６で、第３撮像ユニット１５０が出力した仰視画像を取得し、写り込んでいるチップ基準マークの画像座標等に基づいて第ｎ半導体チップの基準位置の三次元座標を認識する。
　ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２０７で、第ｎ領域面が指標面１７３ａと同一面になるようにステージ１９０の位置を調整する。例えばｎ＝１であれば、第１領域面３３０ａが指標面１７３ａと同一面になるように、ステージ面１９０ａをＺ＝Ｚ１へ移動させる。
　ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２０８で、保持している第ｎ半導体チップが俯瞰用撮像ユニットの視野から退避する位置までボンディングツール１２０を上昇させると共に、ボンディングツール１２０が、これから第ｎ半導体チップを載置する載置予定領域の直上となるようにヘッド部１１０を移動させる。続くステップＳ１２０９で、俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａが第ｎ領域面と一致するようにヘッド部１１０の高さを調整する。
　このような配置の調整が完了したら、ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２１０で、パッド基準マーク３２１や積層基準マーク３２３といった基準マークを含む載置予定領域付近を第１撮像ユニット１３０と第２撮像ユニット１４０に撮像させる。そして、第１撮像ユニット１３０が出力した第１俯瞰画像と第２撮像ユニット１４０が出力した第２俯瞰画像を取得し、ステップＳ１２１１で、写り込んでいる基準マークの画像座標および較正値等に基づいて目標位置の三次元座標を算出する。
　目標位置が確定したら、ステップＳ１２１２へ進み、ボンディング制御部２１４は、第ｎ半導体チップの基準位置が当該目標位置と合致するようにヘッド部１１０とボンディングツール１２０を移動させ、第ｎ半導体チップを載置予定領域に載置する。その後、第ｎ半導体チップを加圧／加熱し、ボンディングを完了させる。第ｎ半導体チップのボンディングが完了したら、ボンディングツール１２０を上昇させる。
　ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２１３へ進み、カウンターｎをインクリメントする。そして、ステップＳ１２１４で、インクリメント後のカウンターｎが予定積層総数ｎ０を上回ったか否かを確認する。上述の本実施形態においては、リードフレーム３３０上に第１層となる第１半導体チップ３１０ａをボンディングし、その上に第２層となる第２半導体チップ３１０ｂをボンディングするので、予定積層総数は「２」である。カウンターｎが予定積層総数ｎ０を上回っていなければステップＳ１２０２へ戻ってインクリメントされたｎに対応する第ｎ半導体チップのボンディングを実行する。カウンターｎが予定積層総数ｎ０を上回っていればメインのフローへ戻る。
　以上説明した本実施形態においては、較正処理とボンディング処理を分離し、ボンディング装置１００の状態が予め設定された較正タイミングの条件を満たす場合に較正処理を実行した。したがって、一度較正処理を実行したら算出した較正値を記憶部２２０に保持しておき、次に較正処理を実行するまでに行うボンディング処理では、当該較正値を毎回参照し続ける。しかし、較正処理を一連のボンディング処理に組み込み、それぞれの第ｎ半導体チップをボンディング処理するその処理工程中にその都度較正値を更新する処理手順であってもよい。そのような他の実施例について、以下に説明する。なお、以下の他の実施例においては、ボンディング装置の構成自体は上述の実施例と同様であるのでその説明を省略し、主に処理手順の異なる部分について説明する。
　図２１は、他の実施例において３つの撮像ユニットが較正指標１７３を撮像する様子を示す図である。本実施例においては、第ｎ半導体チップの拾得処理と、第３撮像ユニット１５０による第ｎ半導体チップの撮像処理の間に、較正値を算出する較正処理を実行する。
　図２２は、より具体的には、コレット１２２がボンディング対象となる第１半導体チップ３１０ａを保持しつつ、これらが俯瞰用撮像ユニットの視野から退避している様子を示している。コレット１２２が保持する第１半導体チップ３１０ａは、点線で示すように、この後にリードフレーム３３０上の載置予定領域に載置されてボンディングされる。なお、図においては、第１領域面３３０ａが指標面１７３ａと同一の高さになるようにステージ１９０の位置が調整されているが、ステージ１９０の位置調整は、ボンディング制御部２１４が第１半導体チップ３１０ａを載置予定領域に載置する作業を開始するまでに実行されればよい。
　その他の様子は、図４に示す３つの撮像ユニットが較正指標１７３を撮像する様子と同様である。具体的には、ヘッド部１１０の位置は、俯瞰用撮像ユニットの焦点面１１０ａと指標面１７３ａが同一の高さになるように調整されている。また、較正指標１７３は、それぞれの撮像ユニットの視野中心付近に配置されている。
　較正制御部２１３は、各撮像ユニットに撮像を行わせて得た第１俯瞰画像、第２俯瞰画像および仰視画像に基づいて、上述のように較正値を算出する。較正制御部２１３が較正値を算出したら、ボンディング制御部２１４は、引き続いてボンディングツール１２０を降下させ、図６を用いて説明した第３撮像ユニット１５０による第１半導体チップ３１０ａの撮像以降の処理を実行する。このように、ボンディング処理に同期して実行された較正処理において算出された較正値は、そのボンディング処理においてボンディングする第１半導体チップ３１０ａの位置合わせに限って利用される。
　第２半導体チップ３１０ｂをボンディング処理する場合も同様であり、第２半導体チップ３１０ｂの拾得処理と、第３撮像ユニット１５０による第２半導体チップ３１０ｂの撮像処理の間に、較正値を算出する較正処理を実行する。較正制御部２１３は、各撮像ユニットに撮像を行わせて得た第１俯瞰画像、第２俯瞰画像および仰視画像に基づいて較正値を算出したら、引き続いてボンディングツール１２０を降下させ、図１３を用いて説明した第３撮像ユニット１５０による第２半導体チップ３１０ｂの撮像以降の処理を実行する。このように、ボンディング処理に同期して実行された較正処理において算出された較正値は、そのボンディング処理においてボンディングする第２半導体チップ３１０ｂの位置合わせに限って利用される。
　このように、ボンディング制御部２１４が第３撮像ユニット１５０に第ｎ半導体チップを撮像させる処理に同期して較正制御部２１３が較正指標を撮像させ、較正値を更新すれば、較正値を算出した時点と当該較正値を用いる時点の時間間隔を短縮することができる。したがって、周辺環境の温度変化に対してより精確な位置合わせを実現することが期待できる。
　図２２は、この他の実施例における半導体チップのボンディング手順を説明するフロー図である。図１８から図２０を用いて説明した処理手順と同一の処理手順については、同じステップ番号を付すことによりその処理内容の具体的な説明を省略する。上述のように、本実施例は、較正処理を毎回のボンディング処理に組み込んだ処理手順であるので、主に処理の流れについて説明する。
　ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２０１で、カウンターｎに「１」を代入する。ステップＳ１２０２へ進み、チップ供給装置５００に載置された半導体チップ３１０のうち、第ｎ層として載置する第ｎ半導体チップをコレット１２２によって吸着して拾得する。ステップＳ１２０２に前後して、あるいはステップＳ１２０２と並行して、較正制御部２１３は、指標プレート１７２を移動して較正指標１７３を第３撮像ユニット１５０の視野中心へ投入するステップＳ１１０１を実行する。
　続いてステップＳ１２０３へ進み、較正制御部２１３は、指標面１７３ａと焦点面１１０ａが同一面になるように、かつ、ボンディングツール１２０の直下に較正指標１７３が位置するようにヘッド部１１０を移動させる。
　続くステップＳ１１０３で、較正制御部２１３は、第１撮像ユニット１３０、第２撮像ユニット１４０および第３撮像ユニット１５０に撮像を実行させ、さらにステップＳ１１０４で、較正値を算出する。較正値を算出したら、ステップＳ１１０５へ進み、較正指標１７３を各撮像ユニットの視野から退避させる。較正制御部２１３が較正指標１７３を退避させたら、続くステップＳ１２０４からステップＳ１２１２までは、図２０を用いて説明した処理手順と同様である。
　ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２１２からステップＳ１２１３へ進むと、カウンターｎをインクリメントする。そして、ステップＳ１２１４で、インクリメント後のカウンターｎが予定積層総数ｎ０を上回ったか否かを確認する。カウンターｎが予定積層総数ｎ０を上回っていなければステップＳ１２０２へ戻ってインクリメントされたｎに対応する第ｎ半導体チップのボンディングを実行する。カウンターｎが予定積層総数ｎ０を上回っていればステップＳ１４へ進む。
　ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１４へ進むと、予定された全てのボンディング処理が完了したか否かを判断する。ボンディング処理すべき半導体チップが残っていると判断したらステップＳ１２０１へ戻り、すべてのボンディング処理が完了したと判断したら一連の処理を終了する。
　以上説明した本実施形態においては、他の実施例も含め、ボンディング制御部２１４が、載置予定領域の領域面（例えば、第１領域面３３０ａ）と指標面１７３ａが同一の高さになるようにステージ１９０の位置を調整している。しかし、ステージ面１９０ａを基準としてステージ１９０の位置を調整すると、リードフレーム３３０や第１半導体チップ３１０ａの厚さのばらつきや接着剤の影響により、載置予定領域の高さは指標面１７３ａの高さと一致しない場合がある。そこで、このような課題に対応する変形例について説明する。
　変形例は、図２０を用いて説明したボンディング制御ステップのステップＳ１２１０とステップＳ１２１１の間に、追加手順を加えるものである。図２３は、変形例に係る追加手順を説明するフロー図である。
　ボンディング制御部２１４は、ステップＳ１２１０で、載置予定領域付近を第１撮像ユニット１３０と第２撮像ユニット１４０に撮像させて２つの俯瞰画像を取得し、目標位置の仮の三次元座標を算出する。ボンディング制御部２１４は、ここで算出した仮の三次元座標のＺ座標値から載置予定領域の領域面の高さを認識できる。そこで、ステップＳ２３０１へ進み、較正制御ステップで実測された指標面１７３ａの高さに対して、領域面の高さが予め設定された許容範囲に収まっているか否かを判断する。収まっていなければ、ステップＳ２３０２へ進み、認識された領域面の高さに基づいて駆動制御部２１２を介してステージ駆動モータ１９１を駆動し、ステージ１９０の位置を再調整する。
　ボンディング制御部２１４は、ステージ１９０の位置を再調整したら、ステップＳ２３０３で再度載置予定領域付近を第１撮像ユニット１３０と第２撮像ユニット１４０に撮像させて２つの俯瞰画像を取得し、ステップＳ１２１０と同様に目標位置の仮の三次元座標を算出する。仮の三次元座標を算出したら再びステップＳ２３０１へ戻る。
　ステップＳ２３０１で領域面の高さが予め設定された許容範囲に収まっていると判断されれば、ステップＳ１２１１へ進む。ステップＳ１２１０とステップＳ１２１１の間にこのような追加手順を加えれば、目標位置の三次元座標をより精確に算出できる。
　以上説明した本実施形態においては、俯瞰用撮像ユニットが第１撮像ユニット１３０と第２撮像ユニット１４０の２つを含む構成であったが、俯瞰用撮像ユニットは、それぞれがシャインプルーフ光学系を採用する３つ以上の撮像ユニットを含むように構成してもよい。また、以上説明した本実施形態においては、第１俯瞰画像と第２俯瞰画像の視差を利用して対象物の三次元座標を算出したが、俯瞰用撮像ユニットを用いて三次元座標を算出する手法はこれに限らない。例えば、シャインプルーフ光学系を採用する俯瞰用撮像ユニットは１つとし、他の補助手段を用いるようにしても構わない。例えば、ヘッド部１１０にパターン投光が可能な投光部を設け、観察面で観察される投光パターンの形状を俯瞰用撮像ユニットが出力する俯瞰画像で解析することにより、対象物の三次元座標を算出するようにしてもよい。また、本実施形態においては、フリップチップボンダについて説明したが、これに限らずダイボンダ、電子部品を基板などに実装する表面実装機、その他の実装装置に適用することが可能である。
　１００…ボンディング装置、１１０…ヘッド部、１１０ａ…焦点面、１１１…ヘッド駆動モータ、１２０…ボンディングツール、１２１…ツール駆動モータ、１２２…コレット、１２３…コレット中心、１２４…ヒータ、１３０…第１撮像ユニット、１３１…第１光学系、１３１ａ…物側レンズ群、１３１ｂ…像側レンズ群、１３２…第１撮像素子、１３３…絞り、１４０…第２撮像ユニット、１４１…第２光学系、１４２…第２撮像素子、１５０…第３撮像ユニット、１５０ａ…焦点面、１５１…第３光学系、１５２…第３撮像素子、１７０…較正ユニット、１７１…指標駆動モータ、１７２…指標プレート、１７３…較正指標、１７３ａ…指標面、１９０…ステージ、１９０ａ…ステージ面、１９１…ステージ駆動モータ、２１０…演算処理部、２１１…画像取得部、２１２…駆動制御部、２１３…較正制御部、２１４…ボンディング制御部、２２０…記憶部、２２１…較正データ、２３０…入出力デバイス、３１０…半導体チップ、３１０ａ…第１半導体チップ、３１０ｂ…第２半導体チップ、３１１ａ…チップ基準マーク、３１１ｂ…チップ基準マーク、３２０…ダイパッド、３２１…パッド基準マーク、３２２…単位領域、３２３…積層基準マーク、３３０…リードフレーム、３３０ａ…第１領域面、３３０ｂ…第２領域面、５００…チップ供給装置、５１０…ピックアップ機構、５２０…反転機構

Claims (11)

  1. 　実装面を有する実装体を拾得して保持し、ステージに載置された基板または前記基板に既に実装された他の前記実装体に対して設定される載置予定領域へ前記実装面を実装する実装ツールと、
    　前記ステージのステージ面に平行な平面が焦点面となるように光学系と撮像素子がシャインプルーフ条件を満たして配置された、前記ステージ面に対して前記実装ツールと同じ側から前記載置予定領域を俯瞰して撮像するための俯瞰用撮像ユニットと、
    　前記実装ツールに保持された状態の前記実装体を、前記ステージ面に対して前記俯瞰用撮像ユニットとは反対の側から仰視して撮像するための仰視用撮像ユニットと、
    　前記俯瞰用撮像ユニットと前記仰視用撮像ユニットにより撮像可能に配置された較正指標と、
    　前記実装面が前記較正指標の指標面と同一の高さになるように前記実装ツールの位置を調整して前記仰視用撮像ユニットに前記実装面を撮像させ出力させた前記仰視画像に基づいて前記実装体の基準位置を認識し、前記載置予定領域の被実装面が前記指標面と同一の高さになるように前記ステージの位置を調整し、前記基準位置に基づいて前記被実装面へ実装させる実装制御部と
    を備える実装装置。
  2. 　前記俯瞰用撮像ユニットが出力する俯瞰画像に基づいて算出される座標値と前記仰視用撮像ユニットが出力する仰視画像に基づいて算出される座標値との差分を較正する較正値を、前記較正指標を前記俯瞰用撮像ユニットに撮像させて出力させた前記俯瞰画像と前記較正指標を前記仰視用撮像ユニットに撮像させて出力させた前記仰視画像とに基づいて演算する較正制御部を備え、 
    　前記実装制御部は、前記焦点面が前記被実装面と同一の高さになるように前記俯瞰用撮像ユニットの位置を調整して前記俯瞰用撮像ユニットに前記載置予定領域を撮像させた前記俯瞰画像と前記較正値に基づいて前記載置予定領域の目標位置を認識し、前記基準位置が前記目標位置に合致するように前記実装体を前記載置予定領域に載置させる、請求項１に記載の実装装置。
  3. 　前記較正制御部は、前記実装制御部が予め設定されたロット分の前記実装体の実装を完了するごとに、前記較正値を演算して更新する請求項２に記載の実装装置。
  4. 　前記較正制御部は、前記実装制御部が実行する実装作業の作業時間に基づいて、前記較正値を演算して更新する請求項２に記載の実装装置。
  5. 　前記俯瞰用撮像ユニットの温度を検出する温度検出部を備え、
    　前記較正制御部は、前記温度検出部が予め設定された温度を検出した場合に、前記較正値を演算して更新する請求項２に記載の実装装置。
  6. 　前記較正制御部は、前記実装制御部が前記実装体の前記実装面を前記仰視用撮像ユニットに撮像させる処理に同期させて前記俯瞰用撮像ユニットと前記仰視用撮像ユニットに前記較正指標を撮像させ、前記較正値を演算する請求項２に記載の実装装置。
  7. 　前記実装制御部は、前記基板に複数の前記実装体を順次実装した後に前記ステージの位置を調整し、前記基板に実装されたそれぞれの前記実装体に他の実装体を順次実装する請求項２に記載の実装装置。
  8. 　前記実装制御部は、前記焦点面が前記被実装面と同一の高さになるように前記俯瞰用撮像ユニットの位置を調整したときに前記被実装面の高さを測定し、測定された前記被実装面の高さが前記指標面を基準として予め設定された許容範囲に収まらない場合には、前記ステージの位置を再調整した後に前記実装体を実装させる請求項２に記載の実装装置。
  9. 　前記俯瞰用撮像ユニットは、それぞれの前記焦点面が一致するように調整された第１撮像ユニットと第２撮像ユニットを含み、
    　前記実装制御部は、前記第１撮像ユニットに前記載置予定領域を撮像させて出力させた第１俯瞰画像と、前記第２撮像ユニットに前記載置予定領域を撮像させて出力させた第２俯瞰画像とに基づいて算出した仮目標位置を前記較正値により補正して前記目標位置を認識する請求項２から８のいずれか１項に記載の実装装置。
  10. 　実装面を有する実装体を拾得して保持し、ステージに載置された基板または前記基板に既に実装された他の前記実装体に対して設定される載置予定領域へ前記実装面を実装する実装ツールと、前記ステージのステージ面に平行な平面が焦点面となるように光学系と撮像素子がシャインプルーフ条件を満たして配置された、前記ステージ面に対して前記実装ツールと同じ側から前記載置予定領域を俯瞰して撮像するための俯瞰用撮像ユニットと、前記実装ツールに保持された状態の前記実装体を、前記ステージ面に対して前記俯瞰用撮像ユニットとは反対の側から仰視して撮像するための仰視用撮像ユニットと、前記俯瞰用撮像ユニットと前記仰視用撮像ユニットにより撮像可能に配置された較正指標とを備える実装装置を用いた前記実装体の実装方法であって、
    　前記実装面が前記較正指標の指標面と同一の高さになるように前記実装ツールの位置を調整して前記仰視用撮像ユニットに前記実装面を撮像させ出力させた前記仰視画像に基づいて前記実装体の基準位置を認識し、前記載置予定領域の被実装面が前記指標面と同一の高さになるように前記ステージの位置を調整し、前記基準位置に基づいて前記被実装面へ実装させる実装制御ステップを有する実装方法。
  11. 　実装面を有する実装体を拾得して保持し、ステージに載置された基板または前記基板に既に実装された他の前記実装体に対して設定される載置予定領域へ前記実装面を実装する実装ツールと、前記ステージのステージ面に平行な平面が焦点面となるように光学系と撮像素子がシャインプルーフ条件を満たして配置された、前記ステージ面に対して前記実装ツールと同じ側から前記載置予定領域を俯瞰して撮像するための俯瞰用撮像ユニットと、前記実装ツールに保持された状態の前記実装体を、前記ステージ面に対して前記俯瞰用撮像ユニットとは反対の側から仰視して撮像するための仰視用撮像ユニットと、前記俯瞰用撮像ユニットと前記仰視用撮像ユニットにより撮像可能に配置された較正指標とを備える実装装置を制御する実装制御プログラムであって、
    　前記実装面が前記較正指標の指標面と同一の高さになるように前記実装ツールの位置を調整して前記仰視用撮像ユニットに前記実装面を撮像させ出力させた前記仰視画像に基づいて前記実装体の基準位置を認識し、前記載置予定領域の被実装面が前記指標面と同一の高さになるように前記ステージの位置を調整し、前記基準位置に基づいて前記被実装面へ実装させる実装制御ステップをコンピュータに実行させる実装制御プログラム。
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