JP4147985B2 - 半導体装着装置および半導体装着方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、印刷配線基板上に半導体集積回路素子（以下、ＩＣチップとよぶ）を装着する際に正確な位置決めができる半導体装着装置に関し、特にＩＣチップをフェースアップ方式で装着する装置およびその装着方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、印刷配線基板上にＩＣチップや各種の電子部品を装着する実装技術が多く用いられている。この中で特にＩＣチップは端子数も多く、端子間隔が狭いので、高い精度で装着する必要がある。特に、最近フリップチップ実装方式が多く用いられるようになり、印刷配線基板上の端子電極とＩＣチップの端子とを精度よく位置合わせして実装するための高精度な半導体装着装置が要求されている。
【０００３】
さらに、小型、高機能の電子回路を作製するために、印刷配線基板中にＩＣチップを素子形成面が露出するようにして埋め込み、ＩＣチップと印刷配線基板との隙間部分に樹脂を充填して平坦化した後に、ＩＣチップの端子部を含めて印刷配線基板上に配線を形成する試みが行われている。このような方法を実現するためにも、フェースアップ方式で高精度の装着が可能な半導体装着装置が必要とされている。
【０００４】
図７は、従来のフェースアップ方式の半導体装着装置の要部構成を示す斜視図である。図７において、ヘッド移動ロボット１は軸３の方向に直線的に自在に移動する。ヘッド移動ロボット１にはボンディングヘッド５が取り付けられ、このボンディングヘッド５に対して上下方向に移動自在な軸７の先端に吸着ノズル９が取り付けられていて、ＩＣチップ１１を吸着するようになっている。
【０００５】
ヘッド移動ロボット１には、さらに基板２５のマークを認識する基板認識光学系１３が取り付けられている。また半導体装着装置にはＩＣチップ１１の外形を下方から認識するためのＩＣチップ認識光学系３３が取り付けられている。ＩＣチップ１１を載置するチップトレイＸ−Ｙロボット１７は、軸１９、２１によりチップトレイ２３をＸ−Ｙ方向に自在に搬送する。
【０００６】
基板２５を載置するステージ２７は、ステージ移動ロボット２９上に固定されており、このステージ移動ロボット２９は軸３１方向に自在に移動する。
【０００７】
ここで、図７と、この従来の構成における装置工程の動作の流れを示す図である図８とを参照しながら動作を説明する。
【０００８】
ＩＣのハンドリング工程について最初に説明する。
【０００９】
ステップ４０の「ノズルにＩＣチップ吸着」では、チップトレイＸ−Ｙロボット１７を軸１９、２１に対してＸ−Ｙ方向に移動させ、チップトレイ２３上の吸着すべきＩＣチップ１１をノズル吸着位置に移動させる。同時にヘッド移動ロボット１を軸３に対してＹ方向に移動させ、ボンディングヘッド５により軸７を−Ｚ方向に伸ばして吸着ノズル９によりＩＣチップ１１を吸着する。
【００１０】
ステップ４１の「認識位置へＩＣチップ搬送」では、ヘッド移動ロボット１を軸３に対して−Ｙ方向に移動させてＩＣチップ１１をＩＣチップ認識光学系３３の直上の認識位置へ搬送する。
【００１１】
ステップ４２の「ＩＣチップ外形認識」では、ＩＣチップ認識光学系３３によりＩＣチップ１１の外形を撮像し認識する。
【００１２】
ステップ４３の「補正量計算」では、ＩＣチップ認識光学系３３による認識結果により吸着ノズル９に吸着されたＩＣチップ１１の位置補正量を計算する。
【００１３】
ステップ４４の「ボンディング位置へ移動」では、前段で計算された補正量を保留して基板２５のハンドリング工程に移る。
【００１４】
つぎに、基板２５のハンドリングの工程について説明する。
【００１５】
ステップ４５の「ステージに基板吸着」では、ステージ移動ロボット２９によりステージ２７を図示しない基板吸着位置まで移動させて、その位置で基板２５を吸着する。
【００１６】
ステップ４６の「認識位置へ基板搬送」では、ステージ移動ロボット２９によりステージ２７を基板認識光学系１３の直下へ移動する。
【００１７】
ついで、ステップ４７の「基板マーク認識」では、ステップ４２の「ＩＣチップ外形認識」と同期する必要があり、この構成ではＩＣチップ１１の撮像と認識、および基板２５の撮像と認識がほぼ同時に行われる。
【００１８】
ステップ４８の「補正量計算」では、前段の認識の結果によりボンディング位置での基板２５の位置補正量を計算する。
【００１９】
ステップ４９の「ボンディング位置へ移動」では、ステップ４４の「ボンディング位置へ移動」と同時に作動させて、ステップ４３とステップ４８とで計算した補正量を総合してステージ２７とボンディングヘッド５とを相対的に移動させる。
【００２０】
この後、ステップ５０の「ＩＣチップボンディング」で吸着ノズル９を押下することで、ＩＣチップ１１を基板２５の所定位置に実装することができる。
【００２１】
このようにＩＣチップ１１の回路形成面が印刷配線基板上において表面に出るように装着するフェースアップボンディング方式については、上記の一般的な例の他にもいろいろな方式がある（例えば、特許文献１）。
【００２２】
しかしながら、上記の一般的な例と特許文献１で示すような例においては、基板上にＩＣチップを配置するときの位置決め基準としては、ＩＣチップの外形を基準にしている。このため、外形に対してＩＣチップの端子位置がばらつく場合、ばらつきの分だけ誤差が増大するという課題がある。これは、ＩＣチップの外形はダイシングによりばらつきが生じるため、外形を基準とした場合ＩＣチップの端子位置は必ずしも一定とならないことによる。
【００２３】
この課題に対処するための方法も示されている（例えば、特許文献２）。この方法とは、ボンディングツールであるノズルの下方先端部にプリズムがはめ込まれており、プリズムの下面に吸着されたＩＣチップの上面の画像がプリズムで２回反射された後、プリズム下方の上向きの認識カメラで認識され、この画像の演算処理によってＩＣチップの位置補正を行う方法である。
【００２４】
【特許文献１】
特許第２９５６２７８号公報（１頁−２頁、図１−図３）
【特許文献２】
特開平９−６９５４０号公報（段落番号［０００６］−［００１０］、図１、図２）
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２の方法においては、プリズム面の汚れやプリズムの損傷等が生じやすく、細心の注意で保守する必要がある。
【００２６】
本発明はこのような従来の問題点を解決すべく、ノズルに特殊な構造のものを用いることなく、ＩＣチップの下面から、素子形成面に形成された端子あるいは認識マークの位置を認識し、精度の高い位置決めができる半導体装着装置およびその装着方法を提供する。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記目的の達成のため本発明の半導体装着装置は、ＩＣチップの素子形成面を吸着する吸着手段と、ＩＣチップの素子形成面の第１の認識マークを素子形成面の反対の面側に配置した撮像装置により撮像する第１の撮像手段と、ＩＣチップを装着する基板の装着領域部の第２の認識マークを撮像する第２の撮像手段と、第１の撮像手段により撮像した第１の認識マークを画像処理して得られる第１の位置情報と第２の撮像手段により撮像した基板の第２の認識マークを画像処理して得られる第２の位置情報とを比較し、ＩＣチップと基板の配線パターン位置との相対ずれ量を算出する演算手段と、この演算手段からの出力に基づいて吸着手段および基板の少なくとも一方を移動させてＩＣチップと基板の配線パターン位置との相対ずれ量を補正して位置合わせし、基板上にＩＣチップを配置する位置合わせ手段とを有する構成からなる。
【００２８】
さらに、本発明の半導体装着装置は、吸着手段の吸着面を赤外線が反射する部材とし、第１の撮像手段側に配置した赤外線を照射する赤外線照射手段をさらに有し、赤外線照射手段から赤外線を照射し、吸着面で反射した赤外線により第１の撮像手段で第１の認識マークを撮像する構成とすることもできる。
【００３０】
また、本発明の半導体装着装置は、第１の撮像手段と第２の撮像手段とが一体に形成された構成とすることもできる。
【００３１】
また、本発明の半導体装着装置は、第１の撮像手段と第２の撮像手段とで第１の認識マークと第２の認識マークとをそれぞれ撮像し、認識して、ＩＣチップと基板の配線パターン位置との相対ずれ量を補正して位置合わせした後に、第１の撮像手段と第２の撮像手段とを退避させてから、基板上にＩＣチップを配置することができる。
【００３２】
このような構成とすることにより、ＩＣチップの素子形成面に設けられているパターンマークを素子形成面の反対側から正確に認識できる。この結果、高精度で基板にＩＣチップを装着できる。また、ＩＣチップと基板とを装着する位置で対向させた状態で、それぞれのパターンマークを撮像し、認識を行う構成とすることもできるので、より高精度なＩＣチップの装着が可能な半導体装着装置を実現でき、種々の電子回路を高密度に製造することが可能となる。
【００３３】
さらに、本発明の半導体装着方法は、ＩＣチップの素子形成面を吸着手段により吸着する工程と、ＩＣチップの素子形成面の第１の認識マークを素子形成面の反対の面側に配置した第１の撮像手段により撮像する工程と、ＩＣチップを装着する基板の装着領域部の第２の認識マークを第２の撮像手段により撮像する工程と、第１の撮像手段により撮像した第１の認識マークを画像処理して第１の位置情報を得る工程と、第２の撮像手段により撮像した基板の第２の認識マークを画像処理して第２の位置情報を得る工程と、第１の位置情報と第２の位置情報とを比較し、ＩＣチップと基板の配線パターン位置との相対ずれ量を演算手段により算出する工程と、演算手段からの出力に基づいて吸着手段および基板の少なくとも一方を移動させてＩＣチップと基板の配線パターン位置との相対ずれ量を補正して位置合わせし、基板上にＩＣチップを配置する工程とを有する。
【００３４】
さらに、本発明の半導体装着方法は、吸着手段の吸着面を赤外線が反射する部材とし、第１の撮像手段側に配置した赤外線を照射する赤外線照射手段をさらに有し、第１の認識マークを撮像する工程が赤外線照射手段から赤外線を照射し、吸着面で反射した赤外線により第１の撮像手段で第１の認識マークを撮像する方法とすることもできる。
【００３６】
さらに、本発明の半導体装着方法は、第１の撮像手段と第２の撮像手段とは、第１の認識マークと第２の認識マークとをそれぞれ撮像した後、ＩＣチップを基板上に配置する前に基板上から退避させる方法とすることもできる。
【００３７】
このような装着方法とすることにより、ＩＣチップの素子形成面に設けられているパターンマークを素子形成面の反対側から正確に認識できるので、高精度で基板にＩＣチップを装着できる。また、ＩＣチップと基板とを装着する位置において対向させた状態で、それぞれのパターンマークを撮像し、認識を行う構成とすれば、より高精度なＩＣチップの装着が可能となる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体装着装置の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００３９】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態における半導体装着装置の要部構成を示す斜視図、図２は同じく赤外線透過認識光学系の断面図、図３は同じく基板およびＩＣチップの位置認識用の認識マーク形状の一例を示す図、図４は同じく装着工程の動作を説明するための図である。
【００４０】
本実施の形態の半導体装着装置は、図７に示した従来の半導体装着装置のＩＣチップ認識光学系３３にかわり赤外線透過認識光学系１５を設けていること、および吸着ノズル９ａのＩＣチップ吸着面が赤外線を反射する素材である面であること、または、赤外線を反射する加工が施されていることに従来と大きな差異がある。その他のヘッド移動ロボット１、ボンディングヘッド５、基板認識光学系１３、チップトレイＸ−Ｙロボット１７、チップトレイ２３、基板２５を載置するステージ２７、ステージ移動ロボット２９およびそれらの周辺の構成は従来の装置と同様であり、同じ要素には同じ符号を付けている。なお、基板認識光学系１３は、基板２５の第２の認識マークである基板マーク２５ａを撮像する第２の撮像手段と、それにより撮像された電子データを図示しない制御部に送る機能を有する。制御部は送られてきた基板マーク２５ａのデータに基づき、基板マーク２５ａの形状や位置情報を認識する。
【００４１】
図２において、赤外線透過認識光学系１５は、赤外線照射手段と第１の撮像手段とで構成されている。赤外線照射手段は、赤外線照明ランプ５１、この赤外線照明ランプ５１から照射された赤外光を集光する集光レンズ５３、集光レンズ５３で集光された赤外光を導く光ファイバ５５、赤外光を反射するハーフミラー５７、ハーフミラー５７で反射した赤外光を集光するレンズ５９、このレンズ５９から出た赤外光を反射する反射ミラー６１、およびＩＣチップ１１の吸着面が赤外光を反射するように形成されている吸着ノズル９ａから構成されている。
【００４２】
また、第１の撮像手段は、吸着ノズル９ａで反射した赤外光を、反射ミラー６１、レンズ５９、ハーフミラー５７、撮像するための焦点を合わせるレンズ６３、ＩＣチップ１１の素子形成面に形成された第１の認識マークであるＩＣパターンマーク６９を撮像する撮像デバイス６５から構成され、ＩＣパターンマーク６９をこの撮像デバイス６５で撮像するように構成されている。この赤外線透過認識光学系１５で撮像されたＩＣパターンマーク６９は電子データとして、図示しない制御部に送られて形状や位置情報の認識を行う。なお、図２には、撮像デバイス６５のアクティブ面に結像したＩＣパターンマーク６９を模式的に示している。さらに、撮像デバイス６５の前方に赤外線通過フィルタを設けて、不要な外光を避けるようにしてもよい。また、ＩＣチップ１１の素子形成面を吸着する吸着手段である吸着ノズル９ａの表面は赤外線を反射する素材であるか、または赤外線を反射する加工がなされており、好ましくは鏡面に加工された部材から構成されており、入射してきた赤外光を効率よく反射するようになっている。
【００４３】
図３は、第１の認識マークと第２の認識マークとの一例を示す図である。図３（ａ）は、基板認識光学系１３によって撮像して基板２５の位置を認識するための第２の認識マークである基板マーク２５ａの一例であり、基板２５に形成される配線のパターンとともに同時に形成される。例えば、基板２５の配線形成面の対角に少なくとも２箇所設ければよい。図３（ｂ）、図３（ｃ）は第１の認識マークであるＩＣパターンマーク６９の一例であり、ＩＣチップ１１の素子形成面に素子形成時の加工と同時に形成され、例えば素子形成面の少なくとも２箇所に設ければよい。このＩＣパターンマーク６９を、赤外線透過認識光学系１５によって撮像し位置認識する。
【００４４】
このように構成された半導体装着装置について、図４を用いてその装着工程の動作を説明する。
【００４５】
ステップ７２の「赤外線透過パターン認識」とステップ７７の「基板マーク認識」とは、ステージ移動ロボット２９とヘッド移動ロボット１の双方の静止状態でほぼ同時に行われる。
【００４６】
また、ステップ７４の「ボンディング位置へ移動」と、ステップ７９の「ボンディング位置へ移動」とも同時に行われ、ステージ移動ロボット２９とヘッド移動ロボット１の双方の静止状態で、ステップ８０の「ＩＣチップボンディング」が行われる。
【００４７】
上記の動作条件において、まずＩＣチップ１１のハンドリングの工程について説明する。なお、図１に示すＸ、Ｙ、Ｚ軸については、それぞれ矢印方向を＋として説明する。
【００４８】
ステップ７０の「ノズルにＩＣチップ吸着」では、チップトレイＸ−Ｙロボット１７をそれぞれの軸１９、２１によりＸ方向およびＹ方向に移動させて、チップトレイ２３上にある吸着すべきＩＣチップ１１を所定のノズル吸着位置に移動させる。同時に、ヘッド移動ロボット１を軸３に対してＹ方向に移動させ、ボンディングヘッド５により軸７を−Ｚ方向に伸ばして、軸７の先端に取り付けられている吸着ノズル９ａによりＩＣチップ１１を吸着する。
【００４９】
ステップ７１の「認識位置へＩＣチップ搬送」では、ヘッド移動ロボット１を軸３に対して−Ｙ方向に移動させてＩＣチップ１１を赤外線透過認識光学系１５の直上の認識位置へ搬送する。この移動経路を図１では、矢印線として示している。
【００５０】
ステップ７２の「赤外線透過パターン認識」では、ＩＣチップ１１の下側から第１の撮像手段である赤外線透過認識光学系１５により赤外光を投射し、ＩＣチップ１１を透過して吸着ノズル９ａの表面で反射した赤外光により素子形成面に設けられた第１の認識マークであるＩＣパターンマーク６９を撮像し認識する。
【００５１】
ステップ７３の「補正量計算」では、赤外線透過認識光学系１５による撮像と認識結果により、吸着ノズル９ａに吸着されたＩＣチップ１１の第１の位置情報と、後に述べるステップ７７の「基板マーク認識」で求められる第２の位置情報とから位置補正量を計算する。この位置補正量の計算は、図示しない制御部に送られたＩＣパターンマーク６９の電子データに基づき制御部が計算する。位置補正量にはＸ方向とＹ方向の距離の他に軸７回りの回転角θも含まれる。
【００５２】
ステップ７４の「ボンディング位置へ移動」では、ステップ７３で計算された補正量をもとにして、ＩＣチップ１１を基板２５の所定位置に移動させる。
【００５３】
つぎに、基板２５のハンドリングの工程について説明する。ステップ７５の「ステージに基板吸着」は、ステップ７０の「ノズルにＩＣチップ吸着」と同時にスタートし、ステージ移動ロボット２９によりステージ２７を移動させて、図示しない基板吸着位置において基板２５を吸着する。
【００５４】
ステップ７６の「認識位置へ基板搬送」では、ステージ移動ロボット２９によりステージ２７を移動させて、基板２５を基板認識光学系１３の直下へ移動する。図１では、基板２５のＩＣチップ１１を実装する領域部が基板認識光学系１３の直下に移動した状態を示す。
【００５５】
ついで、ステップ７７の「基板マーク認識」では、第２の撮像手段である基板認識光学系１３によって基板２５の第２の認識マークである基板マーク２５ａを撮像し、認識する。このステップ７７は、ステップ７２の「赤外線透過パターン認識」と同期させる必要があり、ヘッド移動ロボット１とステージ移動ロボット２９の駆動が同時に行われ、ＩＣチップ１１と基板２５との撮像および認識とがほぼ同時に行われる。
【００５６】
ステップ７８の「補正量計算」では、ステップ７７の「基板マーク認識」で得られる第２の位置情報とステップ７２の「赤外線透過パターン認識」で得られる第１の位置情報とによりボンディング位置での基板２５の位置補正量を計算する。すなわち、ステップ７７の「基板マーク認識」で、基板マーク２５ａから第２の位置情報を得る。同時に、ステップ７２の「赤外線透過パターン認識」により第１の位置情報を得る。この二つの位置情報から相対ずれ量が求まるので、基板２５の位置補正量をＸ方向、Ｙ方向の距離および回転角θとして求める。この位置補正量の計算は、同様に図示しない制御部により行う。これにより、ＩＣチップ１１と基板２５のそれぞれの位置補正量が両者を関連付けて求められる。なお、ステップ７３の「補正量計算」とステップ７８の「補正量計算」とを行う図示しない制御部の機能が演算手段を構成している。
【００５７】
ステップ７９の「ボンディング位置へ移動」は、ステップ７４の「ボンディング位置へ移動」と同時に行い、ステップ７３とステップ７８とで計算した補正量によりステージ２７とボンディングヘッド５とを相対的に移動させ、かつ補正した回転角θにより軸７を回転させる。その後、ステップ８０の「ＩＣボンディング」で、吸着ノズル９ａを押下させることで、ＩＣチップ１１の装着が完了する。なお、ステップ７４の「ボンディング位置へ移動」とステップ７９の「ボンディング位置へ移動」とを行うための構成部材により位置合わせ手段が構成されている。
【００５８】
このように本実施の形態では、ＩＣチップ１１の位置認識にＩＣチップ１１の下側から赤外線透過認識光学系１５により赤外光を投射して、ＩＣチップ１１を透過し吸着ノズル９ａで反射した赤外光を撮像することにより、素子形成面に設けられた第１の認識マークであるＩＣパターンマーク６９を撮像し認識する。これにより、素子形成面のＩＣパターンマーク６９と対応している電極端子と基板２５の配線パターンとを高精度に位置合わせすることが可能となる。
【００５９】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態における半導体装着装置の要部構成を示す斜視図であり、図６はこの装置による装着工程の動作を説明するための図である。なお、図１から図４までの要素と同じ要素については同じ符号を付している。
【００６０】
本実施の形態の半導体装着装置が、第１の実施の形態の半導体装着装置と異なる点を以下に説明する。すなわち、図１における赤外線透過認識光学系１５のかわりに同時認識光学系１６を設けていることである。さらに、この同時認識光学系１６は、軸３５によりＹ方向に移動可能な光学系移動ロボット３７と、この光学系移動ロボット３７に取り付けられＸ方向に移動可能なアーム３９とによりＸ−Ｙ方向に移動自在とされている。
【００６１】
同時認識光学系１６は、ＩＣパターンマーク６９を撮像し認識するための赤外線照射手段９１と第１の撮像手段９３、基板マークを撮像し認識する基板認識光学系９９、および赤外光と可視光とを反射または透過させるミラーボックス９５から構成されている。
【００６２】
本実施の形態の赤外線照射手段９１は図５には示されていないが、図２と同様な赤外線照明ランプ、この赤外線照明ランプから照射された赤外光を集光する集光レンズ、集光レンズで集光された赤外光を導く光ファイバ、赤外光を反射するハーフミラー、ハーフミラーで反射した赤外光を集光するレンズ、このレンズから出た赤外光を反射する反射ミラー、およびＩＣチップ１１の吸着面が赤外光を反射するように形成されている吸着ノズル９ａから構成されている。
【００６３】
また、第１の撮像手段９３も図５には示されていないが、図２と同様な吸着ノズル９ａで反射した赤外光を、反射ミラー、レンズ、ハーフミラー、撮像するための焦点を合わせるレンズ、ＩＣチップ１１の素子形成面に形成された第１の認識マークであるＩＣパターンマーク６９を撮像する撮像デバイスに導き、この撮像デバイスで撮像するように構成されている。第１の撮像手段９３で撮像されたＩＣパターンマーク６９の電子データは図示しない制御部に送られる。
【００６４】
一方、基板認識光学系９９も、図２と同様な基板２５の第２の認識マークである基板マーク２５ａを撮像する第２の撮像手段９７と、撮像するための可視光を照射する可視光照射手段９８とにより構成され、撮像された基板マーク２５の電子データを図示しない制御部に送る機能を有する。制御部は送られてきた基板マーク２５ａとＩＣパターンマーク６９とのデータに基づき、基板マーク２５ａやＩＣパターンマーク６９の形状や位置情報を認識する。
【００６５】
本実施の形態では、赤外光により撮像するＩＣパターンマーク６９と可視光により撮像する基板マーク２５ａとをミラーボックス９５に設けたミラー６１ａで分離して撮像する。このため、ミラー６１ａには両面に反射面が設けられている。すなわち、一方の面では、赤外光の透過と反射によりＩＣチップ１１の素子形成面のＩＣパターンマーク６９からの赤外光を第１の撮像手段９３の撮像デバイス（図示せず）に導く。他方の面では、可視光の透過と反射により基板２５の配線形成部に設けられた基板マーク２５ａからの可視光を第２の撮像手段９７に導く。なお、このような特性を有するミラー６１ａは一般的に購入することが可能である。
【００６６】
このように構成された本実施の形態の半導体装着装置の動作について、図６をもとに説明する。
【００６７】
図６において、ステップ１０１の「ボンディング位置へＩＣチップ搬送」と、ステップ１０６の「ボンディング位置へ基板搬送」とは、ステージ移動ロボット２９とヘッド移動ロボット１の双方を駆動して同時に行われる。その位置において、ステップ１０２の「赤外線透過パターン認識」と、ステップ１０７の「基板マーク認識」とが同時に行われる。
【００６８】
このような動作条件において、まずＩＣチップ１１のハンドリング工程について説明する。
【００６９】
ステップ１００の「ノズルにＩＣチップ吸着」では、チップトレイＸ−Ｙロボット１７をそれぞれの軸１９、２１によりＸ−Ｙ方向に移動させて、チップトレイ２３上にある吸着すべきＩＣチップ１１を所定のノズル吸着位置に移動させる。同時にヘッド移動ロボット１を軸３によりＹ方向に移動させ、さらにボンディングヘッド５により軸７を−Ｚ方向に伸ばして、軸７の先端に取り付けられている吸着ノズル９ａによりＩＣチップ１１を吸着する。
【００７０】
ステップ１０１の「ボンディング位置へＩＣチップ搬送」では、光学系移動ロボット３７による同時認識光学系１６の認識位置への移動とともに、ヘッド移動ロボット１を軸３により−Ｙ方向に移動させて、ＩＣチップ１１を認識するための認識位置で、かつＩＣチップ１１を装着する装着位置でもある同時認識光学系１６の直上位置へ搬送する。
【００７１】
ステップ１０２の「赤外線透過パターン認識」では、ＩＣチップ１１の素子形成面の反対側面から同時認識光学系１６の赤外線照射手段９１により赤外光を投射し、ミラーボックス９５のミラー６１ａの一方の面（図５では上面）で反射し、ＩＣチップ１１を透過して吸着ノズル９ａの表面で反射し、再びＩＣチップ１１を透過してきた赤外光をミラー６１ａで反射し、第１の撮像手段９３の撮像デバイス（図示せず）で受光して、素子形成面のＩＣパターンマーク６９を撮像し認識して、第１の位置情報を得る。
【００７２】
ステップ１０３の「補正量計算」では、同時認識光学系１６による認識結果である第１の位置情報と、後に述べる第２の位置情報とから、吸着ノズル９ａに吸着されたＩＣチップ１１のＸ方向、Ｙ方向の位置補正量と軸７回りの回転角θを含めた補正量を計算する。なお、ステップ１０３は、ステップ１０８と同期して行われる。
【００７３】
ステップ１０４の「位置補正」では、ステップ１０３で計算された補正量に基づきＩＣチップ１１の位置補正を行う。
【００７４】
一方、基板２５のハンドリングの工程動作について、以下に述べる。
【００７５】
ステップ１００の「ノズルにＩＣチップ吸着」と同時にスタートするステップ１０５の「ステージに基板吸着」では、ステージ移動ロボット２９によりステージ２７を移動させて、図示しない基板吸着位置において基板２５を吸着する。
【００７６】
ステップ１０６の「ボンディング位置へ基板搬送」は、ステップ１０１の「ボンディング位置へＩＣチップ搬送」と同時に行われる。ＩＣチップ１１のＩＣパターンマーク６９認識と、基板２５の基板マーク２５ａ認識との準備を同時に行うため、ステージ移動ロボット２９によりステージ２７を移動させて、基板２５を同時認識光学系１６の直下へ移動するとともに、ヘッド移動ロボット１も駆動してＩＣチップ１１と基板２５が同時に所定の撮像位置に移動される。
【００７７】
ついで、ステップ１０７の「基板マーク認識」では、同時認識光学系１６の可視光照射手段９８から照射された可視光がミラーボックス９５のミラー６１ａの他方の面（図においては下面）で反射し、基板２５に照射される。可視光を照射された基板２５の基板マーク２５ａを第２の撮像手段９７で撮像し、認識して第２の位置情報を求める。このステップ１０７は、ステップ１０２と同期する必要があり、ステップ１０２の撮像および認識動作とほぼ同時に行われる。
【００７８】
ステップ１０８の「補正量計算」では、ステップ１０７の撮像および認識動作の結果得られた第２の位置情報と、前述した第１の位置情報とから相対ずれ量を求め、その結果に基づき装着位置での基板のＸ方向、Ｙ方向および回転角θの位置補正量を計算する。この計算は図示しない制御部で行う。なお、このステップ１０３とステップ１０８の「補正量計算」は図示しない制御部で行うが、これらの制御部の計算機能が演算手段を構成する。
【００７９】
ステップ１０９の「位置補正」では、ステップ１０３とステップ１０８とで計算した補正量により、ステージ２７とボンディングヘッド５とを相対的に移動させ、かつ補正した回転角θにより軸７を回転させる。
【００８０】
ついで、ステップ１１０の「カメラ退避」で、光学系移動ロボット３７により同時認識光学系１６をボンディングヘッド５が接触しない領域へ退避させる。
【００８１】
最後に、ステップ１１１の「ＩＣチップボンディング」で、ボンディングヘッド５により吸着ノズル９ａを押下してＩＣチップ１１を基板２５の所定の位置へ配置してすべての工程を完了する。なお、ステップ１０９とステップ１１１とを行うための構成部材が位置合わせ手段を構成している。
【００８２】
このように本実施の形態では、同時認識光学系１６を備えることにより、位置補正前のボンディング位置において、ＩＣチップ１１の位置認識のために同時認識光学系１６の赤外線照射手段９１でＩＣチップ１１の素子形成面の反対側から赤外光を投射してＩＣチップ１１を透過して、素子形成面のＩＣパターンマーク６９を撮像し認識する。また、それと同時に基板２５表面を第２の撮像手段９７で撮像し、認識する。これにより、ＩＣチップ１１を基板２５の所定位置にフェースアップ方式で高精度に配置することができる。
【００８３】
なお、本発明のそれぞれの実施の形態では、赤外線を赤外線透過認識光学系１５側または同時認識光学系１６側から投射したが、吸着ノズル９ａの吸着面側を赤外線を透過可能な材料で形成し、この吸着面側から赤外線を投射しても同様な効果が得られる。さらに、本発明は赤外線に限定されることはなく、例えばＸ線を照射してＩＣチップの位置情報を得る構成とすることもできる。
【００８４】
また、それぞれの実施の形態において説明したＩＣチップの吸着、種々の駆動手段、基板の吸着手段、および撮像手段を駆動する駆動手段等については、本実施の形態で説明したものに限定されることはない。装着装置の形状や機能に応じて適宜最適な構成部材を選択してもよい。例えば、本実施の形態では、ヘッド移動ロボット１はＹ方向のみ、ステージ移動ロボット２９はＸ方向のみ移動可能であるように例示したが、これらをＸ−Ｙ両方向に移動可能としてもよい。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装着装置は、ＩＣチップの素子形成面の反対側の面から素子形成面に設けられたＩＣパターンマークの撮像と認識が可能な赤外線透過認識光学系、またはＩＣチップの素子形成面の反対側の面から素子形成面に設けられたＩＣパターンマークの撮像と認識、および基板表面の基板マークの撮像と認識の両方が同時に可能な同時認識光学系を備えた構成である。これにより、ＩＣチップをフェースアップ方式で高精度に基板上の所定位置に配置することができ、さらに高密度に実装された電子回路を提供できるという大きな効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における半導体装着装置の要部構成を示す斜視図
【図２】同実施の形態における半導体装着装置の赤外線透過認識光学系の断面図
【図３】同実施の形態で用いる基板およびＩＣチップの位置認識用の認識マーク形状の一例を示す図
【図４】同実施の形態の半導体装着装置による装着工程の動作を説明するための図
【図５】本発明の第２の実施の形態における半導体装着装置の要部構成を示す斜視図
【図６】同実施の形態の半導体装着装置による装着工程の動作を説明するための図
【図７】従来のフェースアップ方式の半導体装着装置の要部構成を示す斜視図
【図８】同半導体装着装置における装着工程の動作の流れを示す図
【符号の説明】
１ ヘッド移動ロボット
３，７，１９，２１，３１，３５ 軸
５ ボンディングヘッド
９，９ａ 吸着ノズル
１１ ＩＣチップ（半導体集積回路素子）
１３，９９ 基板認識光学系
１５ 赤外線透過認識光学系
１６ 同時認識光学系
１７ チップトレイＸ−Ｙロボット
２３ チップトレイ
２５ 基板
２５ａ 基板マーク
２７ ステージ
２９ ステージ移動ロボット
３３ ＩＣチップ認識光学系
３７ 光学系移動ロボット
３９ アーム
５１ 赤外線照明ランプ
５３ 集光レンズ
５５ 光ファイバ
５７ ハーフミラー
５９，６３ レンズ
６１ 反射ミラー
６１ａ ミラー
６５ 撮像デバイス
６９ ＩＣパターンマーク
９１ 赤外線照射手段
９３ 第１の撮像手段
９５ ミラーボックス
９７ 第２の撮像手段
９８ 可視光照射手段

Claims (7)

1. 赤外線を反射する素材の表面または赤外線を反射する加工がされている表面にて半導体集積回路素子の素子形成面を吸着する吸着ノズルと、
   赤外線照射手段と前記赤外線照射手段から赤外線を照射し、前記吸着ノズルの表面で反射した赤外線により前記半導体集積回路素子の前記素子形成面の第１の認識マークを撮像する前記素子形成面の反対の面側に配置した第１の撮像装置とからなる第１の撮影手段と、
   前記半導体集積回路素子を装着する基板の装着領域部の第２の認識マークを撮像する第２の撮像手段と、
   前記第１の撮像手段により撮像した前記第１の認識マークを画像処理して得られる第１の位置情報と前記第２の撮像手段により撮像した前記基板の前記第２の認識マークを画像処理して得られる第２の位置情報とを比較し、前記半導体集積回路素子と前記基板の配線パターン位置との相対ずれ量を算出する演算手段と、
   前記演算手段からの出力に基づいて前記吸着手段および前記基板の少なくとも一方を移動させて前記半導体集積回路素子と前記基板の前記配線パターン位置との相対ずれ量を補正して位置合わせし、前記基板上に前記半導体集積回路素子を配置する位置合わせ手段とを有することを特徴とする半導体装着装置。
2. 前記赤外線照射手段は、赤外線照射ランプと、前記赤外線照射ランプから照射された赤外線を集光する集光レンズと、前記集光レンズで集光された赤外光を導く光ファイバと、前記赤外光を反射するハーフミラーと、前記ハーフミラーで反射した赤外光を反射する反射ミラーとからなることを特徴とする請求項１の半導体装着装置。
3. 前記第１の撮像手段と前記第２の撮像手段とが一体に形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装着装置。
4. 前記第１の撮像手段と前記第２の撮像手段とで前記第１の認識マークと前記第２の認識マークとをそれぞれ撮像し、認識して、前記半導体集積回路素子と前記基板の前記配線パターン位置との相対ずれ量を補正して位置合わせした後に、前記第１の撮像手段と前記第２の撮像手段とを退避させて前記基板上に前記半導体集積回路素子を配置することを特徴とする請求項３に記載の半導体装着装置。
5. 赤外線を反射する素材の表面または赤外線を反射する加工がされている表面を有する吸着手段により半導体集積回路素子の素子形成面を吸着する工程と、
   第１の撮像手段側に配置した赤外線を照射する赤外線照射手段から赤外線を照射し、前記吸着面で反射した赤外線により第１の撮像手段で前記半導体集積回路素子の前記素子形成面の前記第１の認識マークを撮像する工程と、
   前記半導体集積回路素子を装着する基板の装着領域部の第２の認識マークを第２の撮像手段により撮像する工程と、
   前記第１の撮像手段により撮像した前記第１の認識マークを画像処理して第１の位置情報を得る工程と、
   前記第２の撮像手段により撮像した前記基板の前記第２の認識マークを画像処理して第２の位置情報を得る工程と、
   前記第１の位置情報と前記第２の位置情報とを比較し、前記半導体集積回路素子と前記基板の配線パターン位置との相対ずれ量を演算手段により算出する工程と、
   前記演算手段からの出力に基づいて前記吸着手段および前記基板の少なくとも一方を移動させて前記半導体集積回路素子と前記基板の前記配線パターン位置との相対ずれ量を補正して位置合わせし、前記基板上に前記半導体集積回路素子を配置する工程とを有することを特徴とする半導体装着方法。
6. 赤外線照射ランプと、前記赤外線照射ランプから照射された赤外線を集光する集光レンズと、前記集光レンズで集光された赤外光を導く光ファイバと、前記赤外光を反射するハーフミラーと、前記ハーフミラーで反射した赤外光を反射する反射ミラーとからなる前記赤外線照射手段にて赤外線を照射することを特徴とする請求項５の半導体装着方法。
7. 前記第１の撮像手段と前記第２の撮像手段とは、前記第１の認識マークと前記第２の認識マークとをそれぞれ撮像した後、前記半導体集積回路素子を前記基板上に配置する前に前記基板上から退避させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項５または６に記載の半導体装着方法。

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