JP5092649B2

JP5092649B2 - 塗布剤の劣化検査装置及び劣化検査方法並びに劣化検査プログラム

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Publication number: JP5092649B2
Application number: JP2007251278A
Authority: JP
Inventors: 敦押本
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2027-09-27
Also published as: JP2009078254A

Description

本発明は、劣化検査装置及び劣化検査方法並びに劣化検査プログラムに関し、特に、塗布される塗布剤の劣化を検査する劣化検査装置及び劣化検査方法並びに劣化検査プログラムに関する。

半導体の組み立て工程で用いる接着用の樹脂、例えば、基板に搭載された半導体チップの表面や下面に充填するフィレット剤は、外気に触れると粘性が変化するなどの経時変化が激しいことから、塗布直後から樹脂の外観形状が変化する性質を有する。そこで、樹脂の交換時期を知るために、樹脂の外観形状の変化を画像処理等により計測し、その結果に基づいて樹脂の劣化度合いを判定する方法が提案されている。

例えば、下記特許文献１には、同一塗布条件下での塗布動作において、樹脂の劣化に伴って塗布後の樹脂の形状が変動するという特性に基づき、吐出ノズルより吐出されたペーストの形状をカメラにより真上から撮像し、カメラの撮像パターンにより投影された平面積より、ペーストの吐出量を算出し、適正必要量との差値を算出して、吐出ユニットにフィードバックする半導体装置の製造方法が開示されている。

また、下記特許文献２には、同一塗布条件下での塗布動作において、樹脂の劣化に伴ってノズル先端部に滞留する樹脂の形状が変動するという特性に基づき、ディスペンサの吐出口により吐出される液体材料の形状をカメラにより真横から撮像し、撮像形状に基づいて液体材料の吐出体積を求め、その吐出体積に基づいてディスペンサの吐出パラメータを設定する液体材料吐出システムが開示されている。

特開平０３−３６７４０号公報特開２００２−３６１１４５号公報

しかしながら、外観の撮像は１回の検査で１視野ごとに１回のみ行うことが多いため、特許文献１のように、塗布後の樹脂の外観形状に基づいて劣化状態を検査する方法では、樹脂を撮像するタイミングにより劣化状態を正確に判定することが難しいという問題がある。

例えば、図３に示すように上面から見た塗布領域の面積などの外観特徴量が変化する性質を有する樹脂を検査する場合は、外観特徴量が定常状態になるまでに十分な時間が必要である。そのため、塗布直後（図の劣化検知可能時間帯の前）に撮像すると、樹脂の劣化の程度によらず外観特徴量はほぼ同じになってしまい、樹脂の劣化を正確に判定することができない。一方、図４に示すように外観特徴量が変化する性質を有する樹脂を検査する場合は、塗布直後に外観特徴量が速やかに変化し、その後、定常状態では外観特徴量が略一定になる。そのため、塗布してから所定時間経過後（図の劣化検知可能時間帯の後）に撮像すると、樹脂の劣化の程度によらず外観特徴量はほぼ同じになってしまい、樹脂の劣化を正確に判定することができない。

また、特許文献２のように、ノズル先端に滞留する樹脂の外観形状に基づいて劣化状態を検査する方法の場合、粘性の低い樹脂はその外観特徴量の変化は小さい。そのため、ノズル先端に滞留する樹脂の外観形状が同じであっても、塗布後の樹脂の外観形状が同じになるとは限らず、この方法では樹脂の劣化を正確に判定することは困難である。また、特許文献２には、通常の連続的な吐出工程におけるデータを履歴としてメモリに記憶し、ある時点の撮像結果とメモリに保存された撮像結果とを比較する構成も開示されている。しかしながら、各々の撮像結果が、ノズル先端に樹脂を供給後、どのタイミングで撮像したかによって外観特徴量が変動するため、樹脂の劣化を正確に判定することは困難である。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、塗布剤の劣化を塗布後の外観形状で正確に判定することができる塗布剤の劣化検査装置及び劣化検査方法並びに劣化検査プログラムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の劣化検査装置は、塗布された塗布剤の外観形状を撮像する撮像部と、塗布直後から予め決められたタイミングで、前記撮像部で撮像して得た複数の画像を記憶する記憶部と、各々の前記画像から前記塗布剤の外観特徴量を計測し、前記外観特徴量の経時変化を示すデータと基準値との比較結果に基づいて、前記塗布剤の劣化を判定する処理部と、を少なくとも備えるものである。

本発明の塗布剤の劣化検査装置及び劣化検査方法並びに劣化検査プログラムによれば、塗布剤の劣化を塗布後の外観形状で正確に判定することができる。

その理由は、塗布直後から定常状態になるまでの塗布剤の外観形状を一定の時間間隔で撮像し、撮像した画像から径や面積、高さなどの外観特徴量を計測し、外観特徴量の経時変化を示すデータと基準値との比較結果により塗布剤の劣化を判定するため、外観特徴量が緩やかに変化する性質を有する塗布剤や、外観特徴量が塗布直後に速やかに変化する性質を有する塗布剤など、どのような性質の塗布剤であっても、その劣化を検査することができるからである。

そして、このような手法で塗布剤の劣化を検査することにより、必要最小限の時間で塗布剤の交換時期を適切に判断することができ、塗布剤塗布工程の品質向上に寄与することができる。

本発明は、その好ましい一実施例において、一般的な塗布剤塗布装置に、塗布剤の外観形状の経時変化を過渡的に観測する手段を設ける。具体的には、塗布剤の液滴の外観形状を撮像する撮像部と、塗布剤の交換直後の時点と交換から所定時間経過後の検査時のそれぞれにおいて、塗布剤を点塗布してから一定の時間間隔で撮像して得た画像を保存する記憶部と、保存した画像から液滴の外観特徴量の計測し、外観特徴量の経時変化を示すデータと基準値とを比較して変化量を算出し、その変化量が許容範囲を超えるか否かに基づいて塗布剤の劣化を判定する処理部と、を設ける。

上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の第１の実施例に係る塗布剤の劣化検査装置及び劣化検査方法並びに劣化検査プログラムについて、図１乃至図５を参照して説明する。図１は、本実施例の劣化検査装置の構成を示す模式図である。また、図２は、点塗布された塗布剤の形状例を示す平面図であり、図３及び図４は、塗布剤の外観特徴量の経時変化を示す図である。また、図５は、本実施例の劣化検査方法の手順を示すフローチャート図である。

本実施例の劣化検査装置は、半導体の組み立て工程で用いられる銀ペーストや接着剤等の液状塗布剤を塗布する一般的な塗布剤塗布装置に、本実施例の特徴部分である劣化検査手段を加えたものである。

具体的には、図１に示すように、一般的な塗布剤塗布装置は、塗布剤を収容するシリンジ５、一定量の塗布剤を吐出するノズル６、それらを移動させて位置決めを行うための２軸又は３軸のステージ３、塗布剤の塗布量を制御するためのディスペンサ４、塗布の対象となる被塗布部材７を搭載し、塗布剤を塗布するための塗布ステージ８、前記ステージ３とディスペンサ４を制御するための制御部２などで構成される。

上記塗布剤塗布装置は、塗布ステージ８を所定の塗布位置に移動して、ノズル６を被塗布部材７の表面に接触、もしくは表面から一定距離となるようにＺ軸を下降し、塗布剤１０を一定量吐出後、Ｚ軸を上昇させる点塗布動作、もしくは、吐出開始後、Ｚ軸を下降した状態のままＸＹ軸を所定の軌道上にて移動させ、終点にて吐出を終了してＺ軸を上昇させる動作を繰り返す線塗布動作が可能である。さらに用途に応じて、塗布量の調整および状態を確認するための検査ステージ９や、塗布ステージ８に被塗布部材７を移載させるためのハンドラやコンベア等の移載手段（図示せず）を備えてもよい。

そして、このような塗布剤塗布装置に、塗布された塗布剤１０を撮像する撮像部１１、撮像して得た画像などを保存する記憶部１３、撮像された画像から塗布形状の径や面積などの特徴量（以下、外観特徴量と呼ぶ。）を計測し、その外観特徴量の経時変化を示すデータと基準値との比較結果から塗布剤の劣化を判定する処理部１２などを付加して劣化検査装置１が構成される。

なお、撮像部１１は、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）カメラ等で構成することができるが、被塗布部材７上に塗布された塗布剤を撮像可能であればよく、その設置場所や形状、撮像方式、解像度等は特に限定されない。また、撮像部１１は、塗布剤塗布動作直後から所定時間間隔ごとの塗布剤の外観形状を静止画像として取得してもよいし、塗布剤塗布動作直後からの塗布剤の外観形状を動画として取得してもよい。また、記憶部１３は、フラッシュメモリやハードディスクなどで構成することができるが、塗布剤塗布動作直後から所定時間間隔ごとの静止画像や塗布剤塗布動作直後からの動画像を記録可能であればよく、その記録形態や記録容量等は特に限定されない。また、処理部１２は、ハードウェアとして構成してもよいし、コンピュータを処理部１２として機能させる劣化検査プログラムとして構成し、該劣化検査プログラムを制御部２上などで動作させる構成としてもよい。

また、上記塗布剤塗布装置の構成は特に限定されない。例えば、チップマウンタや基板貼り付け装置など、平板状のもの同士を貼り付ける装置における接着剤の塗布を目的とする装置としてもよい。また、フィレット塗布装置のように、あらかじめ基板もしくはリードフレームに貼り付けた半導体チップの周囲にノズル部分を近接させて塗布剤を塗布させることで、半導体チップと基板との間に塗布剤を充填することを目的とする装置としてもよい。また、図１では、劣化検査装置１を、塗布剤塗布装置に撮像部１１と記憶部１３と処理部１２を付加した構成としたが、単独の装置として塗布剤塗布装置と併設して配置する構成としてもよい。

次に、本実施例の塗布剤の劣化検査方法について、図５のフローチャート図を参照して説明する。

まず、塗布剤塗布装置の運用に先立ち、塗布の対象となる新たな塗布剤の供給を行う（Ｓ１０１）。この供給方法は、主にシリンジ５の交換にて行うのが代表的であるが、シリンジ５に直接、塗布剤を充填する形態でもよい。

次に、塗布ステージ８に搭載した検査用の被塗布部材７もしくは検査ステージ９上に、点塗布などの検査のための塗布動作を行う（Ｓ１０２）。このとき、制御部２は、塗布動作完了の時刻を記憶部１３に記憶させる。

次に、制御部２は、ステージ３を制御して、撮像部１１を塗布剤が塗布された被塗布部材７もしくは検査ステージ９上に移動させ、撮像部１１に塗布剤の外観形状を撮像させ、撮像して得た画像を記憶部１３に記憶させる（Ｓ１０３）。この画像は、例えば、図２に示すような円形状もしくは楕円形状となる。

そして、制御部２は、１回目の撮像（すなわち、点塗布後）からの経過時間を監視し（Ｓ１０４）、所定時間が経過するまで、所定のタイミング、たとえば一定の時間間隔で撮像、記憶を繰り返して検査を行う。この所定時間や所定のタイミングは塗布剤の種類に応じて適宜設定することができる。例えば、塗布剤がフリップチップ基板で用いられるフィレット樹脂の場合、図３に示すように、外観特徴量は点塗布直後から単調増加し、最終的にある値で収束するが、塗布後、ある程度の時間が経過しないと、交換直後の塗布剤（すなわち、劣化していない塗布剤）と交換直前の塗布剤（すなわち、許容限度に劣化している塗布剤）の外観特徴量に差が生じないため、劣化検知時間帯に少なくとも１回、撮像が行われるように設定することが好ましい。また、液状塗布剤が図４のような性質を有する場合は、塗布後、ある程度の時間が経過すると、交換直後の塗布剤と交換直前の塗布剤の外観特徴量に差がなくなってしまうため、劣化検知時間帯に少なくとも１回、撮像が行われるように設定することが好ましい。

次に、１回目の撮像から所定時間が経過したら（Ｓ１０４の”Ｙｅｓ”）、処理部１２は、ステップＳ１０３で撮像して得た画像を記憶部１３から読み出し、外観特徴量を計測し、その外観特徴量を記憶部１３に保存する（Ｓ１０５）。具体的には、塗布形状が図２（ａ）のような円形の場合は、撮像して得た各々の画像における塗布領域の直径、面積などを計測し、塗布形状が図２（ｂ）のような楕円形の場合は長径、短径、面積などを計測する。この検査が塗布剤供給後の初回の検査の場合は、保存した外観特徴量が次回以降の検査における外観特徴量の変化を判断するための基準値となる。なお、外観特徴量の計測は、計測時間に対して撮像間隔が長い場合は、１回の撮像ごとに計測を行う動作を劣化検知可能時間帯内の任意の範囲内で繰り返す形態としてもよい。

次に、制御部２は、今回の検査が塗布剤供給後の初回の検査であるかを判断し（Ｓ１０６）、初回の検査であれば塗布剤は劣化していないと判断できることから、ステップＳ１０９にスキップして、通常の塗布剤塗布運転動作を行う。一方、初回の検査でない場合は、処理部１２は、初回の検査における外観特徴量（基準値）を記憶部１３から読み出し、今回の検査で取得した外観特徴量の経時変化を示すデータと初回の検査における外観特徴量の経時変化を示すデータとを比較して、その変化量を算出する（Ｓ１０７）。例えば、フリップチップ基板で用いられるフィレット樹脂の場合、外気に長時間触れることで硬化が進み、外観特徴量の変動は交換直後に比べて緩やかになるため、外観特徴量は基準値から変化することになる。なお、ここでは初回の検査における外観特徴量の経時変化を示すデータを基準値としたが、対象となる塗布剤について予め劣化確認実験を行い、その実験結果に基づいて基準値を設定してもよい。

そして、上記変化量が許容限度を超える場合は、塗布剤が劣化していると判断して（Ｓ１０８の”Ｙｅｓ”）、塗布剤の交換を促すメッセージを出力し、ステップＳ１０１に戻って塗布剤の交換を行う。一方、上記変化量が許容限度以下の場合は、塗布剤が劣化していないと判断して（Ｓ１０８の”Ｎｏ”）、通常の塗布剤塗布運転動作を行う（Ｓ１０９）。なお、上記許容限度は、対象となる塗布剤について予め劣化確認実験を行い、その実験結果に基づいて設定してもよいし、その塗布剤の物性値などから推測して設定してもよいし、基準値に対する比率（例えば、１０％など）などとしてもよい。

その後、制御部２は、初回検査時からの経過時間を監視し（Ｓ１１０）、所定時間が経過したら、改めて塗布ステージ８に搭載した検査用の被塗布部材７もしくは検査ステージ９を用いて検査のための塗布動作を行う（Ｓ１０２）。

このように、本実施例では、点塗布した直後から所定のタイミング経過で１回ないし複数回塗布剤の外観形状を撮像して外観特徴値を計測し、外観計測値の経時変化を示すデータと基準値とを比較し、その変化量が許容限度を超えた場合に塗布剤が劣化していると判定するため、どのような性質の塗布剤でも確実に劣化を検査することができる。

次に、本発明の第２の実施例に係る塗布剤の劣化検査装置及び劣化検査方法並びに劣化検査プログラムについて、図６及び図７を参照して説明する。図６は、本実施例の劣化検査装置の構成を示す模式図であり、図７は、点塗布された塗布剤の形状例を示す平面図及び断面図である。

前記した第１の実施例では、点塗布した塗布剤を上方から撮像する構成としたが、図６に示すように、ＣＣＤカメラ等の撮像部を複数台（図では、撮像部１１ａと撮像部１１ｂの２台）設け、塗布剤の塗布形状を異なる方向から撮像し、複数の撮像画像から外観特徴量を計測する構成とすることもできる。

この場合、撮像部１１ａを、点塗布された塗布剤を上方から撮像できる位置に配置し、撮像部１１ｂを、塗布された塗布剤を側方から撮像できる位置に配置すれば、点塗布された塗布剤の直径や塗布面積、高さを容易に計測することができる。また、複数の撮像部を、点塗布された塗布剤を斜めから撮像できる位置に配置し、公知の画像処理技術を用いて３次元画像に変換することによっても、点塗布された塗布剤の直径や塗布面積、高さを取得することができる。

そして、塗布剤の外観特徴量として、直径又は塗布面積と最大塗布高さ（Ｈｍａｘ）とを用いた場合、それらは外観特徴量に差が生じる時間帯が各々異なることから、塗布剤の劣化の検査をより迅速且つ確実に行うことができる。例えば、点塗布直後に図７（ａ）に示すような形状を示す塗布剤が、自重で潰れてから拡がって図７（ｂ）に示すような形状になる場合には、直径又は塗布面積が変化していなくても、最大塗布高さは変化するため、平面形状のみを撮像する場合に比べて、塗布剤の劣化を迅速且つ確実に検査することができる。

なお、上記各実施例では、塗布剤を点塗布して、その外観形状を撮像する構成としたが、塗布剤を線塗布して、その外観形状を撮像する構成とすることもできる。その場合は、塗布剤の幅や最大塗布高さを外観特徴量とすればよい。

また、上記各実施例では、各々の検査における塗布剤の外観特徴量をそのまま比較したが、各々の検査における塗布剤の塗布量にばらつきが生じる場合もある。しかしながら、そのような場合であっても、図３及び図４に示すように、各々の検査における塗布直後の塗布剤の形は略一定であることから、２回目以降の検査における塗布直後の塗布剤の外観特徴量と初回の検査における塗布直後の塗布剤の外観特徴量との比率を算出しておき、２回目以降の検査における外観特徴量に算出した比率を掛け合わせることにより、各々の検査における外観特徴量の変化量を正確に算出することができる。

更に、上記各実施例では塗布剤の劣化を検査する場合について記載したが、劣化によってその粘性が変化する任意の塗布材料に対して同様に適用することができる。

本発明は、チップマウント装置や貼り合わせ装置等で用いられる銀ペーストや接着剤などの塗布剤の劣化を外観形状により検査する任意の劣化検査装置及び劣化検査方法に利用可能である。

本発明の第１の実施例に係る劣化検査装置の構成を示す模式図である。本発明の第１の実施例に係る塗布剤の外観形状の例を示す図である。塗布剤の外観特徴量の経時変化の例を示す図である。塗布剤の外観特徴量の経時変化の他の例を示す図である。本発明の第１の実施例に係る劣化検査方法の手順を示すフローチャート図である。本発明の第２の実施例に係る劣化検査装置の構成を示す模式図である。本発明の第２の実施例に係る塗布剤の外観形状の例を示す図である。

符号の説明

１劣化検査装置
２制御部
３ステージ
４ディスペンサ
５シリンジ
６ノズル
７被塗布部材
８塗布ステージ
９検査ステージ
１０塗布剤
１１、１１ａ、１１ｂ撮像部
１２処理部
１３記憶部

Claims

液状の塗布剤を一定量点状に塗布する塗布手段と、
塗布された前記塗布剤の外観形状を撮像する撮像部と、
検査タイミング毎に、塗布直後及びその後所定の時間間隔で、前記撮像部で撮像して得た複数の画像を記憶する記憶部と、
各々の前記画像から点状に塗布された前記塗布剤の径、面積、高さの少なくとも１つを有する外観特徴量を計測し、前記外観特徴量の経時変化を示すデータを参照し、その変化量が基準となる外観特徴量の経時変化と比較してあらかじめ定めた許容範囲を越えるか否かに基づいて、前記塗布剤の粘性劣化を判定する処理部と、を少なくとも備えることを特徴とする劣化検査装置。
点状に塗布された塗布剤の外観形状に基づいて、前記塗布剤の劣化を検査する劣化検査方法であって、
塗布直後から予め決められたタイミングで前記塗布剤を撮像して複数の画像を取得する撮像ステップと、
各々の前記画像から前記塗布剤の径、面積、高さの少なくとも１つを有する外観特徴量を計測し、前記外観特徴量の経時変化を示すデータと基準となる経時変化のデータとの比較結果に基づいて、前記塗布剤の粘性劣化を判定する処理ステップと、を少なくとも有することを特徴とする劣化検査方法。
液状の塗布剤を一定量点状に塗布する塗布手段を備える塗布剤塗布装置で動作する劣化検査プログラムであって、
コンピュータを、
検査タイミング毎に、塗布された塗布剤を塗布直後及びその後所定の時間間隔で撮像して得た複数の画像の各々から、前記塗布剤の径、面積、高さの少なくとも１つを有する外観特徴量を計測し、前記外観特徴量の経時変化を示すデータを参照し、その変化量が基準となる外観特徴量の経時変化と比較して予め定めた許容範囲を越えるか否かに基づいて、前記塗布剤の粘性劣化を判定する処理部、として機能させることを特徴とする劣化検査プログラム。