TWI580511B - A bonding device, and a method of estimating the placement position of the engagement tool - Google Patents

A bonding device, and a method of estimating the placement position of the engagement tool Download PDF

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TWI580511B
TWI580511B TW104113805A TW104113805A TWI580511B TW I580511 B TWI580511 B TW I580511B TW 104113805 A TW104113805 A TW 104113805A TW 104113805 A TW104113805 A TW 104113805A TW I580511 B TWI580511 B TW I580511B
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Shigeru Hayata
Hiroya Yuzawa
Hiromi Tomiyama
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Shinkawa Kk
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Description

接合裝置以及推估接合工具之落點位置的方法
本發明是有關於一種接合裝置及推估接合工具的落點位置的方法，特別是有關於一種接合工具與定位相機隔開規定的偏移(offset)距離而設置的接合裝置及推估接合工具的落點位置的方法。
例如，在線接合(wire bonding)處理中，為了將線接合於接合對象物的所需位置，而需要將保持線的工具的前端位置與接合對象物的所需位置進行準確的定位。因此，設置著定位相機，但因無法將定位相機重疊配置於接合工具的位置，故將接合工具與定位相機隔開規定的偏移距離而設置，且定位於定位相機與接合對象物的所需位置之間，然後，使接合工具移動偏移距離。
專利文獻1中揭示了如下內容：為了對接合裝置中的工具的軸心和與工具隔開配置的位置檢測用相機的光軸之間的偏移量進行準確的校準(calibration)，而使用光源、參考構件及稜鏡等光學系統。此處，使用光源照射棒狀的參考構件及工具前端，在光學系統中利用位置檢測用相機檢測雙方的影子(shadow)，並基於雙方的影子之間的偏離來準確地校準偏移量。
專利文獻2中揭示了如下的傾斜光學系統的構成，即，線連接裝置中，在毛細管(capillary)即將進行加壓前，相機並非自連接區域的鉛垂上方捕捉影像(image)，而是以相對於毛細管延伸的方向為規定的角度自傾斜方向照明，利用隔著毛細管設置於對稱的傾斜方向上的相機來捕捉該影像。此處，利用相機來特定連接區域的理想加壓點的2維座標，當毛細管通過搜尋高度時停止毛細管的移動，利用傾斜光學系統的相機捕捉此時的毛細管的前端部及其陰影，求出預測加壓點的2維座標，且求出與理想加壓點的2維座標之差，從而修正毛細管的移動。
[現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第3416091號公報
[專利文獻2]日本專利特開2002-076050號公報
使用專利文獻1的參考來構成偏移量的方法，因使用包含照明的複雜的光學系統，故成本變高，且耐熱性等方面仍存在課題。考慮若參考利用專利文獻2的傾斜光學系統進行觀測則構成會變得簡單，但在傾斜光學系統中若對象物的高度位置發生變化，則會誤認為是位置偏離。雖能夠預先設定對象物的高度與工具前端的高度的關係，但因溫度變化等而這些高度關係或傾斜光學系統的傾斜角度等亦會發生變動，從而在該狀態下難以進行準 確的位置檢測。
本發明的目的在於：提供使用傾斜光學系統而進一步提高接合處理的位置精度的接合裝置及推估接合工具的落點位置的方法。
本發明的接合裝置包括：接合工具，安裝於接合頭；平台(stage)，使接合頭在XY方向上滑動自如地移動；Z移動機構，使接合工具在與XY平面垂直的Z方向上自如地移動；平面物體，配置於接合工具的下方，捕捉與接合工具相關的像；傾斜光學系統，自斜上方觀測接合工具與平面物體；以及控制部，執行推估接合工具的落點位置的處理，控制部構成為能夠執行下述步驟：使接合工具沿著Z方向在不與平面物體接觸的範圍內下降至規定的第1高度位置；在第1高度位置，利用傾斜光學系統，對接合工具的前端部及平面物體所捕捉的接合工具的前端部的像進行拍攝，計算出拍攝面上的接合工具的前端部的位置A11與接合工具的前端部的像的位置A12；使接合工具在不與平面物體接觸的範圍內下降至比第1高度位置低的第2高度位置；在第2高度位置，利用傾斜光學系統，對接合工具的前端部及平面物體所捕捉的接合工具的前端部的像進行拍攝，計算出拍攝面上的接合工具的前端部的位置A21與接合工具的前端部的像的位置A22；以及基於所計算出的A11、A12、A21、A22四個位置資料、第1高度位置及第2高度位置，推估接合工具相對於接合對象物的落點位置。
本發明的接合裝置中，較佳為平面物體為反射鏡(mirror)，反射鏡所捕捉的與接合工具相關的像為反射於反射鏡的接合工具的虛像。
而且，本發明的接合裝置中，較佳為平面物體為在鏡面狀或擴散面狀的表面具有圖案的接合對象物。
本發明的接合裝置中，較佳為包括照明裝置，所述照明裝置隔著接合工具而自與傾斜光學系統為相反側的斜上方進行照明，平面物體為捕捉由照明裝置照明的接合工具的影的像的平板，傾斜光學系統對接合工具的前端部、及平面物體所捕捉的接合工具的前端部的影的像進行拍攝。
本發明的接合裝置中，較佳為接合工具為進行線接合處理的毛細管、或進行晶粒接合(die bonding)處理的工具、或進行覆晶(flip chip)安裝處理的工具中的任一個。
本發明的接合裝置中，較佳為傾斜光學系統包括前段光學系統，所述前段光學系統具有接合工具、相對於平面物體而滿足沙姆(Scheimpflug)條件的透鏡、及投影面，利用遠心光學系統對前段光學系統的投影面上的像進行拍攝。
本發明的接合裝置中，較佳為傾斜光學系統使用光路長度補償光學元件，所述光路長度補償光學元件針對接合工具的前端部、與平面物體所捕捉的接合工具的前端部的像中的任一者，以彼此的光路長度相同的方式進行調整。
本發明的接合裝置中，較佳為進而包括定位相機，所述 定位相機與接合工具隔開規定的偏移距離而安裝於接合頭，平面物體具有成為定位基準的基準圖案，控制部利用定位相機對平面物體的基準圖案的位置進行檢測，使接合工具自檢測到的基準圖案的位置移動規定的偏移距離。
本發明的接合裝置中，較佳為控制部根據基準圖案的位置與推估出的落點位置的差分，偵測接合中產生的接合偏移的變化。
本發明的接合裝置中，較佳為控制部對偵測到的接合偏移的變化量進行反饋並進行接合。
本發明的接合裝置中，較佳為代替平面物體上的基準圖案，而將進行接合的半導體器件(device)的圖案用作用於定位的基準圖案。
本發明的推估接合工具的落點位置的方法，包括準備接合裝置的步驟，所述接合裝置包括：接合工具，安裝於接合頭；平台，使接合頭在XY方向上滑動自如地移動；Z移動機構，使接合工具在與XY平面垂直的Z方向上自如地移動；平面物體，配置於接合工具的下方，捕捉與接合工具相關的像；傾斜光學系統，自斜上方觀測接合工具與平面物體；以及控制部，執行推估接合工具的落點位置的處理；藉由所述控制部，使接合工具沿著Z方向在不與平面物體接觸的範圍內下降至規定的第1高度位置；在第1高度位置，利用傾斜光學系統所具備的相機，對接合工具的前端部及平面物體所捕捉的接合工具的前端部的像進行拍攝，計 算出拍攝面上的接合工具的前端部的位置A11與接合工具的前端部的像的位置A12；藉由控制部，使接合工具在不與平面物體接觸的範圍內下降至比第1高度位置低的第2高度位置；在第2高度位置，利用傾斜光學系統所具備的相機，對接合工具的前端部及平面物體所捕捉的接合工具的前端部的像進行拍攝，藉由控制部，計算出拍攝面上的接合工具的前端部的位置A21與接合工具的前端部的像的位置A22；以及基於所計算出的A11、A12、A21、A22四個位置資料、第1高度位置及第2高度位置，推估接合工具相對於接合對象物的落點位置。
根據所述構成，利用平面物體捕捉接合工具的前端部的像或影，利用傾斜光學系統同時對該像或影及接合工具的前端部自身進行拍攝。當接合工具到達接合對象物時，拍攝面上，與接合工具相關的像或影中的接合工具的前端部的位置應與接合工具的前端部自身的位置一致。
因工具前端的位置會根據溫度變化等而偏離設定值，故不明確的是接合工具準確地到達接合對象物的哪個部位。因此，若能夠在接合工具未到達接合對象物時便推估出落點的座標，則可基於該落點的推估座標進行接合處理，從而接合處理的位置精度進一步提高。
所述構成中，可對於接合工具未到達對象物的兩個高度位置，分別計算出接合工具的前端都的像或影的位置及接合工具 的前端部自身的位置，並根據合計四個的位置資料來推估落點的座標。藉此，可進一步提高接合處理的位置精度。
8‧‧‧接合對象物
10‧‧‧(線接合)裝置
11‧‧‧裝置本體部
12‧‧‧支架
13‧‧‧接合平台
14‧‧‧搬送軌道
15‧‧‧XY平台
16‧‧‧反射鏡
17‧‧‧線性馬達
18‧‧‧參考標記(作為定位基準的基準圖案)
19‧‧‧(拍攝面上的)參考標記
20‧‧‧接合頭
21‧‧‧接合臂
22‧‧‧變頻器
24‧‧‧毛細管
25‧‧‧(拍攝面上的)毛細管
26‧‧‧定位相機
28‧‧‧照明裝置
30‧‧‧傾斜光學系統
32‧‧‧遠心光學系統
32a‧‧‧透鏡
32b‧‧‧光圈
32c‧‧‧物體面
34‧‧‧拍攝面
40‧‧‧控制部
42‧‧‧接合處理部
44‧‧‧工具落點位置推估部
46‧‧‧偏移移動處理部
48‧‧‧工具高度變更處理部
50‧‧‧工具及其像的拍攝處理部
52‧‧‧落點位置計算處理部
60‧‧‧(毛細管)虛像
61‧‧‧(拍攝面上的)毛細管虛像
62‧‧‧擴散板
64‧‧‧(毛細管的)影的像
66‧‧‧半導體器件
68‧‧‧定位圖案
69‧‧‧焊墊
70‧‧‧覆晶安裝裝置
71‧‧‧晶粒接合裝置
72‧‧‧覆晶用工具(晶粒接合裝置用工具)
74‧‧‧晶圓
76‧‧‧中間平台
78‧‧‧背面相機
80‧‧‧基板
82‧‧‧(覆晶用工具的)影的像
90‧‧‧第1光學系統
92‧‧‧透鏡
94‧‧‧成像面
96‧‧‧直線
98‧‧‧平行平板玻璃
100、102‧‧‧物體
104、106、108‧‧‧區域
A1R、x1R、y1R、A2R、x2R、y2R‧‧‧參考標記的位置
A11、x11、y11、A21、x21、y21‧‧‧毛細管的前端部的位置
A12、x12、y12、A22、x22、y22‧‧‧虛像中的毛細管的前端部的位置
d‧‧‧平行平板玻璃的厚度
D0‧‧‧偏移間隔
O‧‧‧原點
P‧‧‧交點
S10~S24‧‧‧步驟
x、y、z‧‧‧軸
X、Y、Z‧‧‧方向
Z‧‧‧毛細管的前端部的高度位置
Z1‧‧‧第1高度
Z2‧‧‧第2高度
△y‧‧‧交點的y位置與參考標記的y位置的差分
圖1(a)、圖1(b)是表示本發明的實施形態的接合裝置的構成的圖，圖1(a)是表示進行接合處理時的狀態的圖，圖1(b)是表示推估毛細管的落點時的狀態的圖。
圖2是表示本發明的實施形態中使用的遠心光學系統的圖。
圖3是表示圖1(a)、圖1(b)的接合裝置中，推估毛細管相對於接合對象物的落點位置的順序的流程圖。
圖4(a)~圖4(c)是表示圖3的順序中在第1高度下，求出拍攝面上的毛細管的前端部的位置與反射於反射鏡的虛像的毛細管的前端部的位置的順序的圖。圖4(a)是表示拍攝毛細管及其虛像時的光路關係的圖，圖4(b)是表示拍攝面的圖，圖4(c)是表示將拍攝面上的毛細管的前端部的位置及虛像的毛細管的前端部的位置與接合工具的前端高度建立關聯的圖。
圖5(a)~圖5(c)是表示圖3的順序中的關於第2高度的順序的圖，且是與圖4(a)~圖4(c)相同的圖。
圖6是本發明的實施形態的接合裝置中，推估並計算出毛細管相對於接合對象物的落點位置的圖。
圖7是表示本發明的實施形態的接合裝置中，代替反射鏡而使用擴散板的例子的圖。
圖8是表示本發明的實施形態的接合裝置中，使用接合對象物的表面的鏡面來推估毛細管的落點的例子的圖。
圖9(a)、圖9(b)是表示在接合裝置為覆晶安裝裝置時，推估毛細管的落點的例子的圖。
圖10(a)、圖10(b)是表示在接合裝置為晶粒接合裝置時，推估毛細管的落點的示例的圖。
圖11是表示其他實施形態的圖。
圖12是表示另一實施形態的圖。
圖13(a)、圖13(b)是表示圖12的作用的詳細圖。
以下，使用圖式對本發明的實施形態進行詳細說明。作為接合裝置，包含：線接合(wire bonding)裝置、晶粒接合裝置、覆晶(flip chip)安裝裝置等使用接合工具進行接合處理的裝置，以下，只要未作特別說明，對使用毛細管作為接合工具的線接合裝置進行說明。
以下，對所有圖式中相對應的元件附上相同的符號，並省略重複的說明。
圖1(a)、圖1(b)是線接合裝置10的構成圖。線接合裝置10包括：裝置本體部11，包含毛細管24與傾斜光學系統30；以及，控制部40，整體上控制構成裝置本體部11的各元件。 構成裝置本體部11的各元件是被配置於支架12上。以下，只要不對線接合裝置10進行特別說明，則稱作接合裝置10。另外，圖 1(a)、圖1(b)中表示了並非為線接合裝置10的構成元件的接合對象物8。
接合裝置10使用毛細管24進行通常的接合處理，並且此處使用傾斜光學系統30推估毛細管24相對於接合對象物8的落點位置。圖1(a)表示進行通常的接合處理的狀態的接合裝置10，圖1(b)是表示推估毛細管24相對於接合對象物8的落點位置時的接合裝置10的狀態的圖。以下，將「毛細管24相對於接合對象物的落點位置的推估」簡稱作「落點位置的推估」。落點位置的推估可進行3維位置的推估，但以下只要不作特別說明，則對XY平面內的位置的推估加以敍述。圖1(a)、圖1(b)中表示3維座標系的X方向、Y方向、Z方向。XY平面為與支架12的上表面平行的平面。Z方向為與XY平面垂直的方向。
另外，為了表示傾斜光學系統30中的拍攝面上的平面位置，使用正交的xy座標系。該xy座標系的x方向、y方向與圖1(a)、圖1(b)的X方向、Y方向不同。為了將這兩者加以區別，在關於與支架12的上表面平行的平面的座標系中使用大寫字母的X、Y，在關於傾斜光學系統30的拍攝面的座標系中使用小寫字母的x、y。(X、Y)座標系與(x、y)座標系之間的轉換可基於支架12的上表面與傾斜光學系統30的拍攝面之間的幾何學的配置來進行。
以下，以推估毛細管24相對於接合對象物8的落點位置的功能為中心進行說明，而關於通常的接合處理，在必要的範 圍內進行敍述。
接合平台13為搭載接合對象物8的接合對象保持台，藉由未圖示的送料(feeder)部的送料爪(feeding claw)，自裝載(loader)部搬送接合對象物。接合對象物8例如為搭載半導體器件的基板。該情況下，實際上成為線接合處理的對象的是半導體器件的焊墊與基板的引線。該情況下，落點位置的推估中的落點是指以下的點，即，毛細管24的前端部到達半導體器件的焊墊的表面的點，或毛細管24的前端部到達基板的引線的表面的點。以下，對以毛細管24的前端部到達半導體焊墊的表面的點為落點進行說明。
圖1(a)、圖1(b)中，為了推估落點位置，代替接合對象物8，而於接合平台13上搭載反射鏡16。反射鏡16搭載於不與接合對象物8干涉的接合平台13的端部的部分，作為鏡面的上表面的Z方向位置設定為與接合對象物8的半導體焊墊的上表面的Z方向位置相同。圖1(a)、圖1(b)中，表示在搬送軌道14上搭載反射鏡16的示例。反射鏡16亦可為反射板。
刻在反射鏡16的上表面的參考標記18為：接合處理中，用於位置基準的基準圖案，圖1(a)、圖1(b)的示例中使用十字圖案。只要為適合於定位的圖案，則可使用十字圖案以外的圖案。例如，亦可為雙圓的圖案。因反射鏡16中反射毛細管24的虛像，故藉由使用傾斜光學系統30，可同時對毛細管24自身、毛細管24的虛像及參考標記18進行拍攝。
當在接合平台13搭載或排出接合對象物8時，相對於支架12而搬送接合對象物8。在線接合處理時，如圖1(a)所示，毛細管24面向接合對象物8。在線接合處理期間，相對於支架12而接合平台13為固定狀態。與此相對，在落點位置推估時，如圖1(b)所示，毛細管24面向搬送軌道14上的反射鏡16。在進行落點位置的推估處理的期間，相對於支架12而設置著搬送軌道14的接合平台13為固定狀態。
可使用金屬製移動台作為所述接合平台13。另外，接合平台13相對於支架12而移動的方向為X方向。接合平台13連接於接合裝置10的接地電位等基準電位。在與接合對象物之間需要絕緣時，對接合平台13的所需部分設置絕緣處理。
XY平台15為：搭載接合頭20，且相對於支架12及接合平台13而使接合頭20向XY平面內的所需位置移動的移動平台。XY平台15的移動驅動是：在控制部40的控制下，藉由線性馬達17來進行。
接合頭20為如下的移動機構，即，固定並搭載於XY平台15，內置Z馬達，藉由該Z馬達的旋轉控制，並經由接合臂21、變頻器(transducer)22而使毛細管24向與XY平面垂直的Z方向移動。可使用線性馬達作為Z馬達。
如此，XY平台15與接合頭20為如下的移動機構部，即，相對於接合平台13，使毛細管24依據規定的順序而向X方向、Y方向、Z方向的規定位置進行移動驅動。
接合臂21為如下構件，即，安裝著變頻器22，藉由Z馬達的旋轉控制，而能夠繞著設置於接合頭20的旋轉中心旋轉。
變頻器22為：根部安裝於接合臂21、且前端部安裝著毛細管24的細長的棒構件。變頻器22上安裝著超音波振盪器，將因驅動超音波振盪器而產生的超音波能量作為接合能量傳遞至毛細管24。變頻器22以能夠效率佳地將來自超音波振盪器的超音波能量傳遞至毛細管24的方式，形成為越向前端側越細的號角(horn)形狀。使用壓電元件作為超音波振盪器。
毛細管24為如下的接合工具，即，前端面為平坦的圓錐體，且具有能夠沿著長邊方向插通未圖示的接合線的中心孔。可使用為絕緣體的陶瓷製毛細管來作為所述毛細管24。
雖未圖示，但接合線可為金、銀、銅、或鋁等細線。
定位相機26是用於進行如下定位的相機，即，使毛細管24的前端部的位置處於作為接合處理對象的半導體器件的焊墊位置的正上方。此處，以定位相機26的座標中心位於參考標記18的正上方的方式，在控制部40的控制下，利用線性馬達17對XY平台15進行移動驅動，藉此進行定位。
定位相機26與毛細管24在+X方向上隔開規定的偏移間隔D0，與毛細管24同樣地安裝於接合頭20。因此，假如將定位相機26的座標中心定位於參考標記18的座標中心，則當自該定位狀態起使接合頭20向+X方向移動D0時，毛細管24的前端位置會位於參考標記18的正上方。因此，以定位相機26的座標 中心位於半導體器件的所需的焊墊位置的方式進行定位，且利用線性馬達17使接合臂21自該狀態起向+X方向移動驅動D0，若在該位置使毛細管24向-Z方向下降，則毛細管24的前端部會正好位於所需的焊墊位置。因此，若進行接合處理，則能夠將接合線接合於所需的焊墊。
照明裝置28為如下裝置，即，使用發光二極體(Light Emitting Diode，LED)等，自毛細管24的斜上方對接合對象物進行照明。在為了推估落點位置而使用反射鏡16時，照明被滅燈。 其他實施形態中，當使用擴散板62(參照圖7)而代替反射鏡16時，照明裝置28被點燈，自側面照射毛細管24，將毛細管24的影子投影至擴散板62的上表面。
照明裝置28安裝於接合頭20，但亦可根據情況而與接合頭20分開獨立地進行設置。照明裝置28的照明方向相對於毛細管24的長邊方向的傾斜角度，較佳為與傾斜光學系統30的光軸相對於毛細管24的長邊方向的傾斜角度為相同的大小，但亦可不必為相同的傾斜角度。
傾斜光學系統30為如下的光學系統，即，隔著毛細管24而配置於與照明裝置28為相反的一側，且自斜上方觀測毛細管24與反射鏡16。傾斜光學系統30安裝於接合頭20，但亦可根據情況而與接合頭20分開獨立地進行設置。
傾斜光學系統30包含：遠心光學系統32；以及具有拍攝面34的拍攝相機而構成(參照圖4(a)~圖4(c)、圖5(a) ~圖5(c)、圖6)。圖2是表示遠心光學系統32的圖，遠心光學系統32為在透鏡32a的後側焦點距離位置放置光圈32b，且在物體面32c上將光軸與主光線視作平行的光學系統。遠心光學系統32因主光線與光軸平行，故即便物體的位置偏離光軸方向，倍率亦為固定。
傾斜光學系統30中所包含的拍攝相機為如下的拍攝裝置，即，使用遠心光學系統32將毛細管24的前端部及反射於反射鏡16的毛細管24的虛像投影至拍攝面34，且利用適當的信號線將該圖像資料傳送至控制部40。使用2維電荷耦合器件(charge coupled device，CCD)型拍攝裝置作為拍攝相機。
再次回到圖1(a)、圖1(b)，控制部40整體上對裝置本體部11的各元件的動作進行控制。所述控制部40可包含適當的電腦。控制部40包含：執行接合處理的接合處理部42。進而包含：進行落點位置的推估的工具落點位置推估部44。工具落點位置推估部44具有：偏移移動處理部46、工具高度變更處理部48、工具及其像的拍攝處理部50、以及落點位置計算處理部52。
這些功能可藉由在接合裝置10中執行軟體而實現。具體而言，可藉由執行接合程式而實現。亦可利用硬體來實現這些功能的一部分。
關於所述接合裝置10的作用，尤其控制部40的各功能，使用圖3至圖6進行進一步詳細說明。圖3是表示在接合裝置10中推估落點位置的處理順序的流程圖。圖4(a)~圖4(c)、 圖5(a)~圖5(c)是表示圖3的處理順序的內容的圖。圖3的處理順序藉由控制部40的工具落點位置推估部44而執行。
接合裝置10中，在進行接合處埋前，進行毛細管24與定位相機26之間的偏移間隔D0的校準。因此，使接合頭20向-X方向移動驅動，使定位相機26移動至反射鏡16的正上方。而且，藉由定位相機26進行刻在反射鏡16的位置基準圖案即參考標記18的位置檢測(S10)。具體而言，一邊利用線性馬達17對XY平台15進行移動驅動、一邊以參考標記18的十字圖案的交叉點為座標中心，將定位相機26的座標中心即視野的中心標記對準該交叉點。而且，即便未對準視野中心，亦可藉由圖像處理來檢測視野內的參考標記18的位置，並以該位置為基準。
接下來，使接合頭20偏移移動預先規定的距離(S12)。 另外，在以圖像處理中檢測到的參考標記18的位置為基準的情況下，以該位置為基準進行偏移移動。該處理順序藉由控制部40的偏移移動處理部46的功能而執行。具體而言，使接合頭20向+X方向移動驅動偏移間隔D0。藉此，毛細管24移動至參考標記18的正上方的位置。
其後的順序為用以推估落點位置的順序。即，藉由進行S12，若使毛細管24下降，則其前端部應正好到達參考標記18的部位，但有時實際的落點位置並非為參考標記18的位置。認為其原因在於，偏移間隔D0的設定值不正確，毛細管24的下降方向不與定位相機26的光軸平行，存在溫度變化等。落點位置的推估 藉由如下來進行，即，以使毛細管24下降而其前端部與反射鏡16的表面接觸時的位置為落點，計算出該位置。以下，表示未使毛細管24實際到達而進行落點位置的推估的順序。
因此，使毛細管24下降至規定的第1高度Z1(S14)。該處理藉由控制部40的工具高度變更處理部48的功能而執行。具體而言，對內置於接合頭20的Z馬達進行驅動，以毛細管24下降的方式使接合臂21旋轉。Z馬達的移動量利用編碼器進行測定，因而將編碼器的測定值換算為毛細管24的高度位置Z，毛細管24下降至不與反射鏡16接觸的範圍的高度位置，並使其停止於該高度位置。該高度位置Z為第1高度位置Z1。
第1高度位置Z1可在毛細管24不與反射鏡16接觸的範圍內設定為規定的高度位置。例如，可將線接合處理中使用的搜尋高度的位置設為第1高度位置Z1。搜尋高度是指：於線接合處理中，當使毛細管24自第1接合點的位置移動至第2接合點的位置時，最初以高速一邊移動一邊下降，當到達第2接合點的正上方的規定高度時，切換為低速下降。此時的高度位置為搜尋高度的位置。搜尋高度的位置根據接合裝置10的規格而預先設定。 例如，在自接合對象的表面至數百微米(μm)的範圍內設定搜尋高度位置。
接下來，進行作為接合工具的毛細管24及其像的位置計算(S16)。該處理順序藉由控制部40的工具及其像的拍攝處理部50的功能而執行。毛細管24的位置及其虛像的位置為如下位 置，即，藉由傾斜光學系統30所具備的拍攝相機，對毛細管24及其虛像進行拍攝並加以顯示的拍攝面34上的2維xy座標系中的位置。另外，若將所拍攝到的畫面上的2維座標設為(x、y)，則2維座標(x、y)與圖1(a)、圖1(b)的XY平台15的2維座標(X、Y)的關係，可使用另外求出的轉換式等進行轉換。
圖4(a)~圖4(c)是表示第1高度位置Z1中的毛細管24及其像的位置計算的順序的圖。圖4(a)是表示關於XY平台15的3維的XYZ座標系，在包含毛細管24的XZ平面中，對毛細管24、及反射於反射鏡16的毛細管24的虛像60進行拍攝時的光路關係的圖。
第1高度位置Z1為根據設置於Z馬達的編碼器的值而計算的值，未必需要以反射鏡16的上表面的高度位置為基準，圖4(a)~圖4(c)中以反射鏡16的上表面的高度位置為基準來表示第1高度Z1。
反射鏡16是在玻璃板的背面側塗佈了反射材料而成者，塗佈了反射材料的玻璃背面為反射面。若傾斜觀察反射面，則在隔著反射面而與毛細管24為相反側的背面側能夠看見毛細管24的虛像60。
若利用傾斜光學系統30所具備的拍攝相機來對毛細管24與反射鏡16進行拍攝，則來自毛細管24的光線會直接經由遠心光學系統32而顯示於拍攝相機的拍攝面34。來自參考標記18的光線亦同樣地直接經由遠心光學系統32而顯示於拍攝面34。而 且，來自毛細管24的光線由反射鏡16反射後的光宛如自毛細管24的虛像60中出射的光線般，經由遠心光學系統32而顯示於拍攝面34。另外，圖中省略了反射鏡16的玻璃板的折射率的影響而加以圖示。
圖4(b)是表示圖4(a)所示的傾斜光學系統30的拍攝面34的平面的圖。作為拍攝面34的座標系，使用由小寫字母表示的xy座標系，表示了彼此正交的x軸及y軸，x軸與y軸的交點由雙圓來表示。交點為xy座標系的原點O。圖4(b)中，作為顯示於拍攝面34上的像，顯示出毛細管25、參考標記19、及毛細管虛像61。為了將顯示於拍攝面34上的毛細管25、參考標記19、及毛細管虛像61與通過傾斜光學系統30前的毛細管24、參考標記18、毛細管虛像60加以區別，而分別改變了符號。
這些拍攝面34上的規定的點的位置是：自xy座標系的原點O沿x軸的距離為該點的x位置，自原點O沿y軸的距離為y位置。因此，規定的點的位置是作為2維座標A(x、y)而計算出。圖4(b)中顯示出如此算出的毛細管25的前端部的位置A11(x11、y11)、虛像61中的毛細管的前端部的位置A12(x12、y12)、參考標記19的位置A1R(x1R、y1R)。如此，於拍攝面34上，可計算出毛細管25的前端部的位置A11(x11、y11)、虛像61的毛細管前端部的位置A12(x12、y12)及參考標記19的位置A1R(x1R、y1R)。
圖4(c)是以如此計算出的2維座標中的y位置作為縱軸、毛細管24的前端部的高度位置Z作為橫軸的圖。此處，表示 毛細管24的前端部的高度位置Z為Z1時的毛細管25的前端部的y位置=y11、虛像61中的毛細管的前端部的y位置=y12、參考標記19的y位置=y1R。如此，表示毛細管24的前端部的高度位置Z與拍攝面34上的各元件的y位置的關係。另外，利用相同的方法，製成以2維座標中的x位置作為縱軸、橫軸取毛細管24的前端部的高度位置Z的圖，從而可表示出毛細管24的前端部的高度位置Z與拍攝面34上的各元件的x位置的關係。
再次回到圖3，在S16之後，使毛細管24的前端部的高度位置Z自第1高度Z1進一步下降至第2高度Z2(S18)，計算出拍攝面34上的毛細管25的位置與虛像61的位置(S20)。這些除毛細管24的高度位置Z自Z1變更為Z2以外，與S14、S16的處理內容相同。圖5(a)~圖5(c)是與圖4(a)~圖4(c)相對應的圖。
第2高度位置Z2為低於Z1的高度位置，即接近反射鏡16的高度位置，可在毛細管24不與反射鏡16接觸的範圍內設定為規定的高度位置。例如，可設定為Z1=200μm，Z2=100μm。
圖5(a)是表示毛細管24的高度位置Z為Z2時的毛細管24及其虛像60與參考標記18朝向傾斜光學系統30的光的光路的圖。其內容與圖4(a)相同，因而省略詳細說明。
圖5(b)是與圖4(b)相對應的圖，且是表示毛細管24的高度位置Z為Z2時的傾斜光學系統30的拍攝面34的圖。圖5(b)中表示基於顯示於該拍攝面34的毛細管25、虛像61、參 考標記19而計算出的毛細管25的前端部的位置A21(x21、y21)、虛像61中的毛細管的前端部的位置A22(x22、y22)、參考標記19的位置A2R(x2R、y2R)。
圖5(c)是與圖4(c)相對應的圖，表示毛細管24的前端部的高度位置Z與拍攝面34上的各元件的y位置的關係。此處，表示毛細管24的前端部的高度位置Z為Z2時的毛細管25的前端部的y位置=y21、虛像61中的毛細管的前端部的y位置=y22、及參考標記19的y位置=y2R。
S14、S16、S18、S20藉由控制部40的工具及其像的拍攝處理部50的功能而執行。
再次回到圖3，接下來進行落點位置計算(S22)。該處理順序藉由控制部40的落點位置計算處理部52的功能而執行。 落點位置基於S16、S20中算出的A11、A12、A21、A22四個位置資料、第1高度位置Z1及第2高度位置Z2而算出。
圖6是將圖4(c)與圖5(c)的內容匯總到一個圖中的圖。橫軸為毛細管24的前端部的高度位置Z，縱軸為y位置。 將y11、y21連結的線表示毛細管24的高度位置Z自Z1變更為Z2時的毛細管24的前端部的y位置的變化，將y12、y22連結的線表示毛細管24的高度位置Z自Z1變更為Z2時的虛像61的毛細管的前端部的y位置的變化。
該2根線之間的沿著y方向的間隔的大小，是隨著毛細管24的高度位置Z接近反射鏡16的表面而減小。即，隨著毛細 管24的高度位置Z接近反射鏡16的表面，毛細管25的前端部、虛像61中的毛細管的前端部逐漸接近。在落點處，毛細管25的前端部與虛像61中的毛細管的前端部應彼此接觸。因此，若計算出將y11、y21連結的線與將y12、y22連結的線的交點P的位置，則該交點P為落點處的y位置的推估位置。如此來進行落點處的y位置的計算。
另外，將y1R、y2R連結的線表示毛細管24的高度位置Z自Z1變更為Z2時的參考標記19的位置的變化，但該變化為幾乎可忽視的程度。這是因為，參考標記18刻在反射鏡16的表面，故不會影響到毛細管24的下降。
如圖6所示，若將作為落點位置的交點P的y位置與參考標記19的y位置的差分設為△y，則△y表示在S10、S12中進行的偏移間隔D0的校準處理的誤差。即，藉由偏移間隔D0的校準處理，在毛細管24以該狀態持續下降時，毛細管24與反射鏡16接觸的推估接觸位置為參考標記18的位置，因而，△y為基於偏移間隔D0的校準處理的誤差而產生的接合中的偏移的變化量。 同樣地，關於x方向亦可求出偏移間隔D0的校準處理的誤差即△x。
再次回到圖3，求出落點位置後，對與參考標記18的位置的差分△y進行反饋而修正偏移移動，在該修正下進行接合處理。即，接合處理中，對XY平台15進行移動驅動，將定位相機26的視野的中心座標定位於接合對象物8的接合所需位置。然後，接合頭20移動偏移間隔D0，使毛細管24下降至該移動後的 位置。該移動與S12的偏移移動相同。在該接合處理的偏移移動中，對差分△y進行反饋而將移動量修正為(D0+△y)。藉此，接合處理中，毛細管24可精度佳地到達接合對象物的接合所需位置。當有△x時，可對該△x進行反饋，使接合頭20移動△x而進行所述修正。
所述中，使用反射於反射鏡16的毛細管24的虛像60。 圖7、圖8是表示未使用反射於反射鏡16的毛細管24的虛像60的示例的圖。
圖7是表示未使用毛細管24的虛像60，而使用將照明裝置28點燈時的毛細管24的影子的像64的示例的圖。圖7是與圖4(a)、圖5(a)相對應的圖，此處重複表示毛細管24的前端部的高度位置Z為Z1時與為Z2時的狀態。
此處雖可直接使用反射鏡16，但亦可使用適合於捕捉毛細管24的影子的像的平面物體。例如，可使用具有擴散面狀的表面的擴散板62，該表面具有適當的粗糙度而非鏡面，即便被照射光亦不會發生依據反射法則的正反射，且根據粗糙度而產生散射或擴散。擴散板62代替反射鏡16而搭載於接合平台13的搬送軌道14的上表面。亦可使用設置著參考標記18的普通的平板來作為擴散板62。
傾斜光學系統30經由遠心光學系統32且利用拍攝相機對毛細管24及擴散板62上的影子的像64進行拍攝。所拍攝的拍攝面34與圖4(b)、圖5(b)相同。該情況下，亦隨著毛細管24 接近擴散板62的上表面，而在拍攝面34上，毛細管25的前端部的位置與影子的像64的毛細管的前端部的位置逐漸接近。可根據兩個高度位置與拍攝面34上求出的四個座標位置，進行落點位置的推估。
當接合對象物在鏡面狀或擴散面狀的表面具有特徵圖案時，可由接合對象物捕捉毛細管24的影子的像。作為此種接合對象物，有半導體器件或膜基板。圖8為由半導體器件66的鏡面狀或擴散面狀的表面捕捉毛細管24的影子的像64時的傾斜光學系統30的拍攝面34。此處，使照明裝置28點燈，由半導體器件66捕捉毛細管24的影子的像64。可使用半導體器件66的定位圖案68來作為參考標記18。亦可不使用定位圖案68，而將半導體器件66上的焊墊69等特徵圖案用作參考標記18。
如此，當接合對象物具有鏡面狀或擴散面狀的表面、及特徵圖案時，利用傾斜光學系統30對特徵圖案進行拍攝，藉此可不需要特別的參考構件，亦不需要將定位相機26定位於特別的參考構件。
所述中，將接合裝置10作為線接合裝置，對作為接合工具的毛細管24進行了說明，作為接合裝置，亦可為晶粒接合裝置、覆晶安裝裝置，作為接合工具，亦可為晶粒接合用工具、覆晶用工具。
圖9(a)、圖9(b)是表示覆晶安裝裝置70中使用傾斜光學系統30進行落點位置的推估時的各元件的配置關係的圖。 圖9(a)是在XZ平面中觀察具備中間平台76的覆晶安裝裝置70的圖，圖9(b)是表示覆晶用工具72與反射鏡16的配置的圖。 亦可代替反射鏡16而使用擴散板62等。
覆晶安裝裝置70自形成著凸塊的晶圓74中拾取一個附有凸塊的晶片，並搬送至中間平台76，且在此使表面背面反轉而使凸塊形成面成為向下的狀態。利用覆晶用工具72對該狀態下的附有凸塊的晶片加以保持，使用背面相機78進行對基板80上的焊墊的安裝的定位，使覆晶用工具72下降並進行安裝。此處，可使用參考標記18與傾斜光學系統30，進行覆晶用工具72的落點位置的推估。
如圖9(b)所示，反射鏡16配置於基板80的近前處，並將覆晶用工具72的影子的像82反射於反射鏡16，且利用傾斜光學系統30來對反射鏡16與覆晶用工具72進行觀測。落點位置的推估的順序與圖2至圖6中說明的順序相同。
圖10(a)、圖10(b)是表示晶粒接合裝置71中使用傾斜光學系統30進行落點位置的推估時的各元件的配置關係的圖。圖10(a)中，不同之處在於：並無圖9(a)所示的中間平台76，但其他均與圖9(a)相同。圖10(b)是表示與覆晶用工具72相同的晶粒接合裝置用工具72及反射鏡16的配置的圖。亦可代替反射鏡16而使用擴散板62等。
且說，在使用傾斜光學系統30時，作為拍攝對象的毛細管24、反射鏡16中的虛像60、擴散板62中的影的像64相對 於拍攝面34的光路長度分別不同。因此，使用遠心光學系統32，使拍攝對象的物體與拍攝面34的投影像間的倍率為固定，但若大幅背離景深則模糊增大。使用圖11至圖13(a)、圖13(b)，對能夠抑制由光路長度之差所引起的拍攝面34上的模糊的方法進行說明。
圖11是表示使用滿足沙姆定律的條件的第1光學系統90的傾斜光學系統的圖。沙姆定律是在成像面與透鏡的主表面以某一條直線相交時，對焦的物體亦以相同的直線相交。圖11的例子中，作為自拍攝面34算起光路長度不同的物體的例子，表示在擴散板62上沿X方向延伸得長的毛細管24的影子的像64。因此，欲對焦的物體為：反射了毛細管24的影子的像64的擴散板62。 用以對影子的像64的整體對焦的沙姆條件為：擴散板62的表面、透鏡92的主表面、透鏡92的成像面94以一條直線96相交。
因此，若如下述般，進行透鏡92的成像面94的配置，則擴散板62的表面的影子的像64的整體能夠成為在成像面94上已對焦的狀態。即，以使透鏡92的成像面94與擴散板62相交的直線96、和擴散板62的表面與透鏡92的主表面交叉的直線96一致的方式，來配置成像面94。
投影至成像面94的像無模糊且已對焦，因而，對於成像面94而言，能夠經由遠心光學系統32進行拍攝並顯示於拍攝面34。如圖11所示，亦可代替遠心光學系統32而使用普通的光學系統。
作為成像面94，為了能夠自配置著第1光學系統90的一側的相反側進行拍攝，可使用透過型屏幕、光纖板(fiber optical plate)、傳像管(image conduit)等。
圖12是表示使用光路長度補償元件，補償來自拍攝面34的光路長度之差的例子的圖。圖12中，與圖11同樣地，作為自拍攝面34算起光路長度不同的物體的例子，而表示在擴散板62上沿X方向延伸得長的毛細管24的影子的像64。此處，在成為更長的光路長度時，配置著作為光路長度補償元件的平行平板玻璃98。亦可設置平行平板玻璃98以外的光路長度補償元件。
若將平行平板玻璃98的厚度設為d、折射率設為n，則能夠以△L=d{1-(1/n)}來補償焦點位置。作為一個例子，若設為d=1mm、n=1.52，則△L=0.34mm。該情況下，雖然可補償的距離並不怎麼大，但能夠更佳地接近焦點位置。
圖13(a)、圖13(b)是一般地表示圖12的作用的圖。 圖13(a)是表示光路關係的圖，圖13(b)是在拍攝面34上將對焦區域與未對焦而模糊的區域加以區別表示的圖。此處表示出直至拍攝面34為止的光路長度不同的兩個物體100、物體102。 若使用遠心光學系統32，則對自拍攝面34觀察而處於適當距離的物體100進行對焦。拍攝面34中顯示出對焦區域104。自拍攝面34觀察而處於離物體100遠的距離的物體102未對焦。拍攝面34中，區域104的外側的區域106、區域108為未對焦的區域。
此處，若在物體102與遠心光學系統32之間配置光路 長度補償用的平行平板玻璃98，則在拍攝面34上將區域108變為對焦的區域。區域106仍作為未對焦的區域而保留。亦可使用適當形狀的平行平板玻璃98，而將區域108變為對焦的區域。如此，藉由使用光路長度補償用的平行平板玻璃98，能夠減少傾斜光學系統30的拍攝面34上的未對焦的區域。
本發明並不限定於以上說明的實施形態，包括：不脫離申請專利範圍所規定的本發明的技術範圍或本質的所有變更及修正。
8‧‧‧接合對象物
10‧‧‧線接合裝置
11‧‧‧裝置本體部
12‧‧‧支架
13‧‧‧接合平台
14‧‧‧搬送軌道
15‧‧‧XY平台
16‧‧‧反射鏡
17‧‧‧線性馬達
18‧‧‧參考標記(作為定位基準的基準圖案)
20‧‧‧接合頭
21‧‧‧接合臂
22‧‧‧變頻器
24‧‧‧毛細管
26‧‧‧定位相機
28‧‧‧照明裝置
30‧‧‧傾斜光學系統
40‧‧‧控制部
42‧‧‧接合處理部
44‧‧‧工具落點位置推估部
46‧‧‧偏移移動處理部
48‧‧‧工具高度變更處理部
50‧‧‧工具及其像的拍攝處理部
52‧‧‧落點位置計算處理部
D0‧‧‧偏移間隔

Claims (12)

  1. 一種接合裝置，包括：接合工具，安裝於接合頭；平台，使所述接合頭在XY方向上滑動自如地移動；Z移動機構，使所述接合工具在與XY平面垂直的Z方向上自如地移動；平面物體，配置於所述接合工具的下方，捕捉與所述接合工具相關的像；傾斜光學系統，自斜上方觀測所述接合工具與所述平面物體；以及控制部，執行推估所述接合工具的落點位置的處理，所述控制部構成為能夠執行下述步驟：使所述接合工具沿著Z方向在不與所述平面物體接觸的範圍內，下降至規定的第1高度位置；在所述第1高度位置，利用所述傾斜光學系統，對所述接合工具的前端部及所述平面物體所捕捉的所述接合工具的前端部的所述像進行拍攝，計算出拍攝面上的所述接合工具的前端部的位置A11與所述接合工具的前端部的所述像的位置A12；使所述接合工具在不與所述平面物體接觸的範圍內，下降至比所述第1高度位置低的第2高度位置；在所述第2高度位置，利用所述傾斜光學系統，對所述接合工具的前端部及所述平面物體所捕捉的所述接合工具的前端部的 所述像進行拍攝，計算出所述拍攝面上的所述接合工具的前端部的位置A21與所述接合工具的前端部的所述像的位置A22；基於所計算出的A11、A12、A21、A22四個位置資料、所述第1高度位置及所述第2高度位置，推估所述接合工具相對於接合對象物的所述落點位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的接合裝置，其中所述平面物體為反射鏡，所述反射鏡所捕捉的與所述接合工具相關的所述像為：反射於所述反射鏡的所述接合工具的虛像。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的接合裝置，其中所述平面物體為：在鏡面狀或擴散面狀的表面具有圖案的所述接合對象物。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的接合裝置，更包括：照明裝置，隔著所述接合工具而位於與所述傾斜光學系統為相反側的斜上方，且所述照明裝置自所述斜上方進行照明，所述平面物體為：捕捉由所述照明裝置照明的所述接合工具的影子的像的平板，所述傾斜光學系統對所述接合工具的前端部、所述平面物體所捕捉的所述接合工具的前端部的所述影子的像進行拍攝。
  5. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的接合裝置，其中 所述接合工具為：進行線接合處理的毛細管、或進行晶粒接合處理的工具、或進行覆晶安裝處理的工具中的任一個。
  6. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的接合裝置，其中所述傾斜光學系統包括：前段光學系統，所述前段光學系統具有所述接合工具、相對於所述平面物體而滿足沙姆條件的透鏡、及投影面，利用遠心光學系統對所述前段光學系統的投影面上的像進行拍攝。
  7. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的接合裝置，其中所述傾斜光學系統使用光路長度補償光學元件，所述光路長度補償光學元件針對所述接合工具的前端部、與所述平面物體所捕捉的所述接合工具的前端部的所述像中的任一者，以彼此的光路長度相同的方式進行調整。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的接合裝置，更包括：定位相機，所述定位相機與所述接合工具隔開規定的偏移距離而安裝於所述接合頭，所述平面物體具有：成為定位基準的基準圖案，所述控制部利用所述定位相機對所述平面物體的所述基準圖案的位置進行檢測，使所述接合工具自所述檢測到的所述基準圖案的位置移動所 述規定的偏移距離。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的接合裝置，其中所述控制部根據所述基準圖案的位置與所述推估出的落點位置的差分，偵測接合中產生的接合偏移的變化。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的接合裝置，其中所述控制部對所述偵測到的接合偏移的變化量進行反饋並進行接合。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的接合裝置，其中代替所述平面物體上的基準圖案，而將進行接合的半導體器件的圖案用作用於所述定位的基準圖案。
  12. 一種推估接合工具的落點位置的方法，包括準備接合裝置的步驟，所述接合裝置包括：接合工具，安裝於接合頭，平台，使所述接合頭在XY方向上滑動自如地移動，Z移動機構，使所述接合工具在與XY平面垂直的Z方向上自如地移動，平面物體，配置於所述接合工具的下方，捕捉與所述接合工具相關的像，傾斜光學系統，自斜上方觀測所述接合工具與所述平面物體，以及控制部，執行推估所述接合工具的落點位置的處理；藉由所述控制部，使所述接合工具沿著Z方向在不與所述平 面物體接觸的範圍內，下降至規定的第1高度位置；在所述第1高度位置，利用所述傾斜光學系統所具備的相機，對所述接合工具的前端部及所述平面物體所捕捉的所述接合工具的前端部的所述像進行拍攝，計算出拍攝面上的所述接合工具的前端部的位置A11與所述接合工具的前端部的所述像的位置A12；藉由所述控制部，使所述接合工具在不與所述平面物體接觸的範圍內，下降至比所述第1高度位置低的第2高度位置；在所述第2高度位置，利用所述傾斜光學系統所具備的相機，對所述接合工具的前端部及所述平面物體所捕捉的所述接合工具的前端部的所述像進行拍攝，藉由所述控制部，計算出所述拍攝面上的所述接合工具的前端部的位置A21與所述接合工具的前端部的所述像的位置A22；以及基於所計算出的A11、A12、A21、A22四個位置資料、所述第1高度位置及所述第2高度位置，推估所述接合工具相對於接合對象物的所述落點位置。
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