JP2019201006A - ボンディング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い位置精度を確保しながら高生産性を実現することができるボンディング装置を提供することを目的とする。【解決手段】ボンディングツールに保持したチップを基板のボンディング位置に接合するボンディング装置において、チップと基板との間に進出した際に、チップの像、ボンディング位置の像をそれぞれ第１の入射口６１、第２の入射口６２から入射させ、第１の出射口６３、第２の出射口６４から上方に出射させる機能を有する可動導光体と、出射されたチップの像、ボンディング位置の像を、２回反射ミラーとして機能する４つのプリズムを備えた固定光学ユニット３３を介して４つの撮像部によって撮像する撮像ユニット３４とを備える構成とする。【選択図】図８

Description

本発明は、ボンディングツールによってチップを保持して基板に接合するボンディング装置に関する。

半導体デバイスの製造過程では、半導体チップ（以下、単に「チップ」と略記する。）を超音波接合などによって基板に接合するボンディング工程が実行される。ボンディングには高い位置精度が求められるため、ボンディング時の位置誤差を画像認識によって補正する方法が広く用いられている。この位置補正の方式として、ボンディングの対象となるチップが下面に接続用のバンプを有するフリップチップである場合に、ボンディングに先立って基板の上面とチップの下面の両面を同時に撮像して位置補正を行う技術が知られている（例えば特許文献１）。

この特許文献例に示す先行技術では、半導体装置の製造に用いられるフリップチップボンダに、ボンディング直前の対向した状態のチップとキャリアテープとに設けられた接続用の電極を同時に観察する電極位置観察機構を設けた例が示されている。この電極位置観察機構では、退避可能に設けられたプリズム型ミラーをチップとキャリアテープとの間に進出させ、プリズム型ミラーの二つの反射面に映じたチップとキャリアテープの画像をカメラによって取り込むようにしている。

特開２００１−１７６９３４号公報

しかしながら、上述の特許文献例に示す先行技術には、高い位置精度を確保しながら高生産性を実現する上で以下のような課題があった。すなわち、ボンディング装置において生産性を向上させるためには、個々のボンディング動作におけるボンディングツールの昇降高さを小さくして、タクトタイムを短縮することが求められる。ところが上述の電極位置観察機構では、ボンディングツールに保持されたチップとキャリアテープとの間にプリズム型ミラーを進出させる必要があることから、ボンディング直前におけるボンディングツールの待機高さはプリズム型ミラーの厚み寸法によって制約される。このため、個々のボンディング動作におけるボンディングツールの昇降高さを小さくしてタクトタイムを短縮することが難しく、生産性の向上を阻害する結果となる。このように従来技術のボンディング装置には、高い位置精度を確保しながら高生産性を実現することが難しいという課題があった。

そこで本発明は、高い位置精度を確保しながら高生産性を実現することができるボンディング装置を提供することを目的とする。

本発明のボンディング装置は、ボンディングツールがチップを保持し、前記チップと対向するように基板が載置されるステージの方向に前記ボンディングツールを下降させて前記チップを前記基板のボンディング位置に接合するボンディング装置において、前記ボンディング位置の上方に位置する前記チップと前記基板との間に位置した際に、前記チップの像を前記チップに対向する第１の入射口から入射させ前記第１の入射口から水平方向に離間した第１の出射口から上方に出射させるとともに、前記基板の前記ボンディング位置の像を前記ボンディング位置と対向する第２の入射口から入射させ前記第１の入射口から水平方向に離間した第２の出射口から上方に出射させる可動導光体と、前記第１の出射口から出射された前記チップの像を撮像する第１の撮像手段と、前記第２の出射口から出射された前記ボンディング位置の像を撮像する第２の撮像手段と、前記第１の撮像手段によって撮像された前記チップの像と前記第２の撮像手段によって撮像された前記ボンディング位置の像に基づいて、前記チップと前記ボンディング位置の相対的な位置ずれを検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された前記位置ずれに基づいて、前記ボンディングツールと前記ステージとを相対的に移動させるアライメント手段と、前記ボンディング位置の上方に位置する前記チップと前記基板との間の空間に前記可動導光体を進退させる移動手段と、を備える。

本発明のボンディング装置は、ボンディングツールがチップを保持し、前記チップと対向するように基板が載置されるステージの方向に前記ボンディングツールを下降させて前記チップを前記基板のボンディング位置に接合するボンディング装置において、前記ボンディング位置の上方に位置する前記チップと前記基板との間に位置した際に、前記チップの像を前記チップに対向する第１の入射口から入射させ前記第１の入射口から水平方向に離間した第１の出射口から上方に出射させるとともに、前記基板の前記ボンディング位置の像を前記ボンディング位置と対向する第２の入射口から入射させ前記第１の入射口から水平方向に離間した第２の出射口から上方に出射させる可動導光体と、前記第１の出射口から出射された前記チップの像の一部である第１の部分像を撮像する第１の撮像手段と、前記第２の出射口から出射された前記ボンディング位置の像の前記第１の部分像に対応する一部である第２の部分像を撮像する第２の撮像手段と、前記第１の出射口から出射された前記チップの像の前記第１の部分像とは異なる一部である第３の部分像を撮像する第３の撮像手段と、前記第２の出射口から出射された前記ボンディング位置の像の前記第３の部分像に対応する一部である第４の部分像を撮像する第４の撮像手段と、前記第１の撮像手段によって撮像された前記第１の部分像と前記第２の撮像手段によって撮像された前記第２の部分像と前記第３の撮像手段によって撮像された前記第３の部分像と前記第４の撮像手段によって撮像された前記第４の部分像に基づいて、前記チップと前記ボンディング位置の相対的な位置ずれを検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された前記位置ずれに基づいて、前記ボンディングツールと前記ステージを相対的に移動させるアライメント手段と、前記ボンディング位置の上方に位置する前記チップと前記基板との間の空間に前記可動導光体を進退させる移動手段と、を備える。

本発明によれば、高い位置精度を確保しながら高生産性を実現することができる。

本発明の一実施の形態のボンディング装置の斜視図 本発明の一実施の形態のボンディング装置の側面図 本発明の一実施の形態のボンディング装置の正面図 本発明の一実施の形態のボンディング装置に装備された撮像ユニットの下面図 本発明の一実施の形態のボンディング装置に装備された撮像ユニットの断面図 本発明の一実施の形態のボンディング装置の動作説明図 本発明の一実施の形態のボンディング装置における可動導光体の構成を示す斜視図 本発明の一実施の形態のボンディング装置によるチップおよびボンディング位置の撮像に用いられる撮像部および取得される撮像視野の説明図 本発明の一実施の形態のボンディング装置によるチップおよびボンディング位置の撮像における画像取得経路の説明図 本発明の一実施の形態のボンディング装置の光学ヘッドの構成説明図 本発明の一実施の形態のボンディング装置における可動導光体に装備された上側照明部および下側照明部の構成説明図 本発明の一実施の形態のボンディング装置における可動光学ユニットの断面図 本発明の一実施の形態のボンディング装置の制御系の構成を示すブロック図

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１、図２、図３を参照して、半導体チップなどのチップを基板のボンディング位置に接合する機能を有するボンディング装置１の構成を説明する。図１において、ボンディング装置１は、チップ供給部２、基板保持部３、ボンディング機構４およびこれらの各部を制御する制御部５を備えている。

チップ供給部２はボンディング対象の部品であるチップを供給する機能を有している。図２に示すように、チップ供給部２は第１のＸＹテーブル１０の上面に配置された供給ステージ１１を備えている。供給ステージ１１の上面にはウェハシート１３が展張状態で保持されており、ウェハシート１３の上面には個片に分割された状態のチップ１４が、バンプが形成された能動面を上向きにした姿勢で貼着されている。第１のＸＹテーブル１０を駆動することにより供給ステージ１１はＸ方向、Ｙ方向に移動し、取出対象の任意のチップ１４を取出し位置［Ｐ１］に位置させることができる。

図１に示すように、ピックアップヘッド駆動部１６から延出したアーム部の先端にはピックアップヘッド１５が結合されている。ピックアップヘッド駆動部１６を駆動することにより、ピックアップヘッド１５は供給ステージ１１の上方のチップ１４の取出し位置［Ｐ１］とボンディング機構４への受渡位置ピックアップ位置［Ｐ２］との間で移動する。チップ１４のピックアップにおいては、ウェハシート１３の下面側に配置されたエジェクタ１２を作動させることにより、ピックアップ対象のチップ１４がウェハシート１３から剥離される。剥離されたチップ１４は、ピックアップヘッド１５によって能動面を上向きにした姿勢で保持される。

取出し位置［Ｐ１］にてチップ１４を保持したピックアップヘッド１５は上昇して、ボンディング機構４のボンディングヘッド２６によるピックアップ位置［Ｐ２］まで移動する（矢印ｃ）。この移動途中でピックアップヘッド１５を上下反転させる（矢印ｄ）ことにより、ピックアップヘッド１５はピックアップ位置［Ｐ２］にてチップ１４を能動面を下向きにした姿勢で保持した状態となる。ピックアップヘッド１５およびピックアップヘッド駆動部１６は、取出し位置［Ｐ１］にてチップ供給部２から取り出したチップ１４を光学ヘッド３０によるピックアップ位置［Ｐ２］に移送するチップ移送部１７を構成する。

次に、基板保持部３の構成を説明する。図１，図２に示すように、第２のＸＹテーブル２０の上面には、ボンディング対象の基板２２を保持した基板保持ステージ２１が配置されている。第２のＸＹテーブル２０を駆動することにより基板保持ステージ２１はＸ方向、Ｙ方向に移動する。これにより、基板２２に設定されたボンディング位置２２ａ（図６参照）を作業位置［Ｐ３］に位置させることができる。このようにして作業位置［Ｐ３］に位置合わせされたボンディング位置２２ａに対して、以下に説明するボンディング機構４のボンディングツール２９によってチップ１４がボンディングされる。

ボンディング機構４の構成を説明する。図１、図２に示すように、チップ供給部２および基板保持部３の上方には、Ｙ軸フレーム２３がＹ方向に水平に配置されている。Ｙ軸フレーム２３には２列のガイドレール２５を備えたリニアモータ２４が側面に沿って配置されている。ガイドレール２５は基板保持ステージ２１（ステージ）の上方で水平に延びている。ガイドレール２５には、スライダ２５ａ（図３）を介して第１の移動ベース２６ａがガイドレール２５に沿って移動可能に装着されている。さらにガイドレール２５には、第１の移動ベース２６ａとは独立してガイドレール２５に沿って移動可能な第２の移動ベース３０ａが装着されている。

第１の移動ベース２６ａにはボンディングヘッド２６が装着されている。ボンディングヘッド２６は、ボンディングツール駆動部２７により駆動されるボンディングツール保持部２８によって、ボンディングツール２９を保持した構成となっている。ボンディングツール２９にチップ１４を保持した状態でボンディングツール駆動部２７を駆動することにより、ボンディングツール２９は下降して、保持したチップ１４を基板２２のボンディング位置２２ａに接合する（図６参照）。すなわち本実施の形態に示すボンディング装置１では、ボンディングツール２９がチップ１４を保持し、チップ１４と対向するように基板２２が載置された基板保持ステージ２１の方向にボンディングツール２９を下降させて、チップ１４を基板２２のボンディング位置２２ａに接合する作業を行う。

第２の移動ベース３０ａには、光源ボックス３１が装着されている。図２に示すように、光源ボックス３１の下部から下方に延出したアーム部３１ａには、可動導光体である可動プリズム３２ａ（図７参照）を内蔵した可動光学ユニット３２が結合されている。ここでアーム部３１ａはボンディングヘッド２６側へ屈曲して設けられており、可動プリズム３２ａは、光学ヘッド３０の中心に対してボンディングヘッド２６側にオフセットした形態となっている。

リニアモータ２４を駆動することにより、第１の移動ベース２６ａおよび第２の移動ベース３０ａはガイドレール２５に沿って移動し、これによりボンディングヘッド２６および光学ヘッド３０はＹ方向に移動する。したがってリニアモータ２４およびガイドレール２５は、ボンディングヘッド２６および光学ヘッド３０を移動させる移動手段となっている。

すなわちこの移動手段は、ボンディングヘッド２６をボンディングツール２９がチップ１４をピックアップするピックアップ位置［Ｐ２］とチップ１４のボンディングを行う作業位置［Ｐ３］との間を移動させ、可動プリズム３２ａを内蔵した可動光学ユニット３２を作業位置［Ｐ３］に出し入れさせるために光学ヘッド３０を移動させる。

そして光学ヘッド３０を移動させることにより、ボンディング位置２２ａの上方に位置するチップ１４と基板２２との間の空間に、可動光学ユニット３２に内蔵された可動導光体である可動プリズム３２ａを進退させる機能を有している。このように、ボンディングヘッド２６および光学ヘッド３０を同一の移動手段によって動作させる構成とすることにより、ボンディング装置の機構を簡素化して設備コストを低減することが可能となっている。

図３に示すように、Ｙ軸フレーム２３およびリニアモータ２４の下面には、図４に示す撮像ユニット３４が、撮像部移動手段である撮像部移動機構３５のベース部３５ａを介してＸ方向、Ｙ方向に移動自在に装着されている。撮像ユニット３４は、カメラを個別に備えた４つの撮像部を有している。さらにリニアモータ２４の下面には、図８，図９に示す上左プリズム４５（第１の導光体）、上右プリズム４６（第３の導光体）、下左プリズム４７（第２の導光体）、下右プリズム４８（第４の導光体）を内蔵した固定光学ユニット３３が配置されている。本実施の形態においては、撮像ユニット３４を可動光学ユニット３２およびチップ１４と基板２２との間に進退する可動光学ユニット３２と組み合わせることにより、チップ１４と基板２２とを撮像ユニット３４によって撮像するようにしている。

図２，図３に示すように、Ｙ軸フレーム２３の上部には、作業位置［Ｐ３］を両側から挟む配置で１対のスポット照明３６が配置されている。スポット照明３６はＹ軸フレーム２３から延出した保持ブラケット３６ａの先端部に保持されて、照射方向を作業位置［Ｐ３］に位置する可動光学ユニット３２に向けた姿勢で配置されている。スポット照明３６から照射された照明光は、可動光学ユニット３２内の可動プリズム３２ａに入射し、基板２２のボンディング位置２２ａに照射される（図１２参照）。すなわちスポット照明３６は、上方から基板２２に照明用の光を照射する照明手段となっている。

次に図４，図５を参照して、撮像ユニット３４および撮像ユニット３４を移動させる撮像部移動機構３５の構造を説明する。図４は図３に示す撮像ユニット３４の下面を示しており、図５は図４におけるＡ−Ａ断面を示している。図４に示すベース部３５ａは矩形状のベースプレートであり、Ｙ軸フレーム２３、リニアモータ２４の下面に装着される（図３参照）。すなわち本実施の形態においては、撮像ユニット３４を構成する第１の撮像手段、第２の撮像手段（図８における説明参照）を、ボンディングヘッド２６および光学ヘッド３０を移動させる移動手段であるリニアモータ２４またはこの移動手段を支持するＹ軸フレーム２３の下面に装着する構成となっている。

撮像部移動機構３５の構成を説明する。ベース部３５ａのＹ方向の両端部にＸ方向に配列された１対のガイドレール３７には、略矩形状のＸ方向移動テーブル３５Ｘに固定されたスライダ３７ａがスライド自在に嵌着されている。Ｘ方向移動テーブル３５ＸのＹ方向の一方側の端部に設けられた延出部には、Ｘ軸ナット部材３９Ｘが配置されている。Ｘ軸ナット部材３９Ｘには、撮像ユニットＸ軸モータ３４Ｘによって回転駆動される送りねじ３９Ｘａが螺合している。撮像ユニットＸ軸モータ３４Ｘを正逆駆動することにより、Ｘ方向移動テーブル３５ＸはＸ方向に往復移動する。撮像ユニットＸ軸モータ３４Ｘ、Ｘ軸ナット部材３９Ｘおよび送りねじ３９Ｘａは、撮像部移動機構３５に含まれる第１の移動機構を構成する。

Ｘ方向移動テーブル３５Ｘに配置された１対のガイドレール３８には、第１Ｙ方向移動テーブル３５Ｙ１、第２Ｙ方向移動テーブル３５Ｙ２に固定された複数のスライダ３８ａがスライド自在に嵌着されている。第１Ｙ方向移動テーブル３５Ｙ１、第２Ｙ方向移動テーブル３５Ｙ２のそれぞれにおいて、Ｘ方向の一方側の端部に設けられた延出部には、それぞれ第１Ｙ軸ナット部材３９Ｙ１、第２Ｙ軸ナット部材３９Ｙ２が配置されている。第１Ｙ軸ナット部材３９Ｙ１、第２Ｙ軸ナット部材３９Ｙ２には、撮像ユニットＹ軸モータ３４Ｙによって回転駆動される送りねじ３９Ｙａが螺合している。

ここで送りねじ３９Ｙａに形成された送り溝は、第１Ｙ軸ナット部材３９Ｙ１に螺合する範囲と第２Ｙ軸ナット部材３９Ｙ２に螺合する範囲とで、ピッチ方向が逆になっている。撮像ユニットＹ軸モータ３４Ｙを正逆駆動することにより、第１Ｙ方向移動テーブル３５Ｙ１、第２Ｙ方向移動テーブル３５Ｙ２は、Ｙ方向に相互に接近または離隔する方向に移動する。撮像ユニットＹ軸モータ３４Ｙ、第１Ｙ軸ナット部材３９Ｙ１、第２Ｙ軸ナット部材３９Ｙ２、送りねじ３９Ｙａは、撮像部移動機構３５に含まれる第２の移動機構を構成する。

上記構成において、第１Ｙ方向移動テーブル３５Ｙ１、第２Ｙ方向移動テーブル３５Ｙ２は、Ｘ方向移動テーブル３５Ｘに固定して配置されていることから、上述の第１の移動機構を駆動することにより、第１Ｙ方向移動テーブル３５Ｙ１、第２Ｙ方向移動テーブル３５Ｙ２は同一方向に同一距離移動する。また上述の第２の移動機構を駆動することにより、第１Ｙ方向移動テーブル３５Ｙ１、第２Ｙ方向移動テーブル３５Ｙ２を、反対方向に同一距離移動させることができる。

第１Ｙ方向移動テーブル３５Ｙ１、第２Ｙ方向移動テーブル３５Ｙ２には、それぞれ撮像ユニット３４を構成する上左撮像部４１（第１の撮像部）、上右撮像部４３（第３の撮像部）および下左撮像部４２（第２の撮像部）、下右撮像部４４（第４の撮像部）がＸ方向に配列されている。

ここで撮像ユニット３４を構成する撮像部の構成について説明する。これらの撮像部は、円筒形状の鏡筒部の両端部に入射部およびカメラを装着し、入射部およびカメラの中間に位置する鏡筒部の側面に同軸照明を配置した構成となっている。この構成において、入射部に垂直方向に入射した撮像対象の象は鏡筒部内を水平方向に透過してカメラに入射し、これにより撮像対象の画像が取得される。このとき、同軸照明による照明光がハーフミラーによって撮像光軸に沿って撮像対象に向う方向に照射され、同軸方向から撮像対象に入射する。

具体的には、第１の撮像部である上左撮像部４１は、上左鏡筒部４１ａ、上左同軸照明４１ｂ、第１のカメラである上左カメラ４１ｃおよび上左入射部４１ｄを有しており、第３の撮像部である上右撮像部４３は、上右鏡筒部４３ａ、上右同軸照明４３ｂ、第３のカメラである上右カメラ４３ｃおよび上右入射部４３ｄを有している。同様に、第２の撮像部である下左撮像部４２は、下左鏡筒部４２ａ、下左同軸照明４２ｂ、第２のカメラである下左カメラ４２ｃおよび下左入射部４２ｄを有しており、下右撮像部４４は鏡筒部４４ａ、下右同軸照明４４ｂ、第４のカメラである下右カメラ４４ｃおよび下右入射部４４ｄを有している。

図５における上左撮像部４１、上右撮像部４３の例に示すように、上左鏡筒部４１ａ、上右鏡筒部４３ａは、第１Ｙ方向移動テーブル３５Ｙ１の下面に結合された保持ブラケット４１ｅ、４３ｅによって保持されている。上左入射部４１ｄ、上右入射部４３ｄの上方には、ベース部３５ａに固定された固定光学ユニット３３が位置している。固定光学ユニット３３は、収納部３３ａの内部に上左プリズム４５、上右プリズム４６、下左プリズム４７、下右プリズム４８を内蔵した構成となっている。上左プリズム４５、上右プリズム４６、下左プリズム４７、下右プリズム４８は、入射縁部４５ａ、４６ａ、４７ａ、４８ａから入射した像を内部で反射して出射縁部４５ｂ、４６ｂ、４７ｂ、４８ｂから下方へ出射させる機能を有している（図８参照）。

固定光学ユニット３３は、以下に説明する可動光学ユニット３２によって取り込まれたチップ１４およびボンディング位置２２ａの上下２視野画像を、左右２つのチップ画像、左右２つのボンディング位置画像に区分して前述の４つの撮像部に伝達する機能を有する。すなわち上左入射部４１ｄ、下左入射部４２ｄ、上右入射部４３ｄ、下右入射部４４ｄが、それぞれ図８に示す出射縁部４５ｂ、４７ｂ、４６ｂ、４８ｂの下方に位置するように、上左撮像部４１、下左撮像部４２、上右撮像部４３、下右撮像部４４が位置合わせされる。この位置合わせは、前述の撮像部移動機構３５の機能を用いて行われる。

すなわち、撮像部移動手段である撮像部移動機構３５は、上左撮像部４１（第１の撮像部）と下左撮像部４２（第２の撮像部）と上右撮像部４３（第３の撮像部）と下右撮像部４４（第４の撮像部）とを、上左プリズム４５（第１の導光体）と下左プリズム４７（第２の導光体）と上右プリズム４６（第３の導光体）と下右プリズム４８（第４の導光体）に対して相対的に移動させる。これにより、上左入射部４１ｄ、下左入射部４２ｄ、上右入射部４３ｄ、下右入射部４４ｄは、出射縁部４５ｂ、４７ｂ、４６ｂ、４８ｂに位置合わせされる。

図６は、ボンディング装置１において実行されるボンディング作業における上下２方向認識およびそれに引き続いて実行されるボンディング動作を示している。すなわちボンディング動作の実行に先立って、図６（ａ）に示すように、チップ１４を保持したボンディングツール２９をボンディング位置２２ａの上方に位置させ、ボンディング位置２２ａとチップ１４との間に可動光学ユニット３２を進出させる。

ここで、可動光学ユニット３２は、光学ヘッド３０の中心に対してボンディングヘッド２６側にオフセットした形態となっていることから、光学ヘッド３０とボンディングヘッド２６との干渉を生じること無く、ボンディング位置２２ａとチップ１４との間に可動光学ユニット３２を位置させることが可能となっている。撮像ユニット３４によるチップ１４およびボンディング位置２２ａの撮像および位置認識はこの状態で行われる。可動光学ユニット３２に入射したチップ１４およびボンディング位置２２ａの象は、上方に固定された固定光学ユニット３３を介して撮像ユニット３４に入射する（図８参照）。

１つのチップ１４を対象とした撮像および位置認識が終えると、図６（ｂ）に示すように、光学ヘッド３０を退避方向（矢印ｅ）に移動させる。これにより可動光学ユニット３２はボンディング位置２２ａとチップ１４との間から退避し（矢印ｆ）、ボンディング位置２２ａとチップ１４との間の空間はフリーな状態となる。そしてこの状態で、ボンディングツール駆動部２７を駆動してボンディングツール２９を下降させる（矢印ｇ）ことにより、ボンディングヘッド２６はボンディングツール２９に保持したチップ１４を基板２２のボンディング位置２２ａに接合する。

このとき、上述の位置認識結果を反映させてチップ１４のボンディング位置２２ａに対する位置合わせが行われる。この位置認識においては、チップ１４の装着直前にチップ１４とボンディング位置２２ａを同時に撮像してこれらの相対的な位置ずれを検出するようにしている。これにより、位置ずれ状態を高精度で検出することが可能となり、高精度のボンディング結果を確保することができる。

次に図７を参照して、可動光学ユニット３２に内蔵された可動プリズム３２ａの構成および機能を説明する。上述のように可動光学ユニット３２はチップ１４と基板２２との間に進退自在となっている。可動プリズム３２ａは、基板２２のボンディング位置２２ａの上方に位置するチップ１４と基板２２の間に位置した際に、チップ１４の像およびボンディング位置２２ａの像を、上方に位置する固定光学ユニット３３に伝達する機能を有する。

図７において、可動プリズム３２ａは透光性部材よりなる多面反射プリズムであり、対をなす略菱形形状の第１のブロック体５３（第１導光体）および第２のブロック体５４（第２導光体）の鋭角側端部を、直方体形状の反射体５０を介して結合したプリズム体を主体としている。反射体５０は、直角三角柱形状の第１導光体５１および第２導光体５２の斜辺面を合わせて結合した構成となっており、結合面の上面および下面は光を反射する反射面（第１反射面７１、第５反射面７５）として機能する。第１のブロック体５３、第２のブロック体５４の左右端に設けられた斜辺面は、部材内部の光を反射する反射面（第２反射面７２、第３反射面７３、第６反射面７６、第７反射面７７）として機能する。

第１導光体５１の上面および第２導光体５２の下面は、それぞれ撮像対象の像を入射させる第１の入射口６１、第２の入射口６２となっている。可動プリズム３２ａをチップ１４と基板２２との間に位置させる際には、反射体５０がチップ１４と基板２２との間に位置するように位置合わせする。この状態では、第１の入射口６１、第２の入射口６２はそれぞれチップ１４および基板２２のボンディング位置２２ａ（図６参照）に対向する位置にある。

第１のブロック体５３および第２のブロック体５４の右側の端部の外側面には、それぞれ直角三角柱形状の第５導光体５５、第６導光体５６が、一方の直角面を第１のブロック体５３、第２のブロック体５４の上面と面一にした姿勢で設けられている。第５導光体５５、第６導光体５６の斜辺面は、第１のブロック体５３、第２のブロック体５４側から入射する光を上方に反射する反射面（第４反射面７４、第８反射面７８）として機能する。そして第５導光体５５、第６導光体５６の上面は、反射された光を出射させる第１の出射口６３、第２の出射口６４となっている。ここでは、第１の出射口６３、第２の出射口６４は、第１の入射口６１、第２の入射口６２から水平方向に離間した位置に設けられている。

さらに、第１のブロック体５３および第２のブロック体５４の左側の端部の外側面には、それぞれ直角三角柱形状の第７導光体５７、第８導光体５８が、一方の直角面を第１のブロック体５３、第２のブロック体５４の下面と面一にした姿勢で設けられている。第７導光体５７、第８導光体５８は、前述のスポット照明３６から照射された照明光をボンディング位置２２ａに導く機能を有する。

チップ１４とボンディング位置２２ａの撮像における可動プリズム３２ａの機能の詳細を説明する。可動プリズム３２ａがチップ１４と基板２２との間に位置した際には、チップ１４の像をチップ１４に対向する第１の入射口６１から入射させるとともに、ボンディング位置２２ａの象をボンディング位置２２ａと対向する第２の入射口６２から入射させる。

次いで、第１の入射口６１から入射したチップ１４の像を、反射体５０の第１反射面７１によって第１の水平方向（矢印ｈ１）に反射する。これとともに、第２の入射口６２から入射したボンディング位置２２ａの像を、反射体５０の第５反射面７５によって第１の水平方向とは反対の第２の水平方向（矢印ｈ２）に反射する（図９（ｂ）も参照）。

次に、第１の水平方向に反射されたチップ１４の像を、複数のチップ像反射面（第２反射面７２、第３反射面７３および第４反射面７４）によって順次反射して第１の出射口６３に導く。これとともに、第２の水平方向に反射されたボンディング位置２２ａの像を、複数の基板像反射面（第６反射面７６、第７反射面７７および第８反射面７８）によって順次反射して第２の出射口６４に導く。

第１のブロック体５３に設けられた上述の複数のチップ像反射面は、第１の出射口６３の真下に配置され、水平に入射したチップ１４の像を真上に反射する第１の最終反射面（第４反射面７４）と、第１反射面７１によって水平方向に反射されたチップ１４の像を第１の最終反射面に導く、少なくとも一つの第１の直立反射面（第２反射面７２、第３反射面７３）とを含む形態となっている。

また第２のブロック体５４に設けられた上述の基板像反射面は、第２の出射口６４の真下に配置され、水平に入射したボンディング位置２２ａの像を真上に反射する第２の最終反射面（第８反射面７８）と、第５反射面７５によって水平方向に反射されたボンディング位置２２ａの像を第２の最終反射面に導く、少なくとも一つの第２の直立反射面（第６反射面７６、第７反射面７７）とを含む形態となっている。

上記構成を有する可動プリズム３２ａにおいて、第１のブロック体５３と第２のブロック体５４、第１の最終反射面（第４反射面７４）と第２の最終反射面（第８反射面７８）、並びに第１の直立反射面（第２反射面７２、第３反射面７３）と第２の直立反射面（第６反射面７６、第７反射面７７）とは、反射体５０の中心を通過して第１の水平方向（矢印ｈ１）と第２の水平方向（矢印ｈ２）と水平面内で直交する直線（中心線ＣＬ）を基準に線対称になっている。

上記の可動プリズム３２ａの機能を総括すると、可動プリズム３２ａは、ボンディング位置２２ａの上方に位置するチップ１４と基板２２との間に位置した際に、チップ１４の像をチップ１４に対向する第１の入射口６１から入射させ第１の入射口６１から水平方向に離間した第１の出射口６３から上方に出射させる。これともに可動プリズム３２ａは、基板２２のボンディング位置２２ａの像をボンディング位置２２ａと対向する第２の入射口６２から入射させ第２の入射口６２から水平方向に離間した第２の出射口６４から上方に出射させる機能を有する。

このように、ボンディングツール２９に保持されたチップ１４と基板２２のボンディング位置２２ａとの間に進退させて上下２視野の認識を同時に行うために用いられる可動導光体として、本実施の形態に示すような構成の可動プリズム３２ａを用いることにより、以下に述べるような効果を得る。まず、可動プリズム３２ａは、第１のブロック体５３、第２のブロック体５４などのプリズムを組み合わせて構成されていることから、可動光学ユニット３２の全体形状における厚み寸法を極力小さくできるとともに、重量の軽量化が可能となっている。

したがって、図６（ａ）に示す撮像動作において、チップ１４を保持したボンディングツール２９を待機させる待機高さを極力低く設定することが可能となっている。これにより、図６（ｂ）に示すボンディング動作において、ボンディングツール２９が昇降するボンディング動作ストロークを小さくすることが可能となり、動作タクトタイムが短縮されている。加えて可動光学ユニット３２を進退させる進退動作において、重量の軽量化が図られていることから高速動作が可能になり、動作タクトタイムの更なる短縮が実現される。

なお、本実施の形態では、可動導光体として多面反射プリズムを用いた可動プリズム３２ａを用いる例を示しているが、本発明は可動プリズム３２ａには限定されない。すなわち、上述の機能を実現可能な構成であれば、ミラーなどの反射体やレンズなどの光学要素を組み込んで可動導光体を構成するようにしてもよい。

また本実施の形態では、第１の入射口６１、第２の入射口６２から水平方向に離間した位置に、第１の出射口６３、第２の出射口６４を配置する構成を採用しているが、本発明はこのような構成には限定されない。すなわち、第１の入射口６１、第２の入射口６２から取り込まれたチップ１４の像、ボンディング位置２２ａの像を、上左撮像部４１（第１の撮像部）と下左撮像部４２（第２の撮像部）と上右撮像部４３（第３の撮像部）と下右撮像部４４（第４の撮像部）とに伝達可能なように、可動プリズム３２ａと固定光学ユニット３３および撮像ユニット３４との取合い部が設定されていればよい。

次に上述構成の可動プリズム３２ａと固定光学ユニット３３との組み合わせを使用して、撮像ユニット３４によってチップ１４とボンディング位置２２ａを撮像する際の撮像視野および撮像経路について、図８、図９を参照して説明する。図８において、可動プリズム３２ａの反射体５０の上方に示す上左画像ＵＬ、上右画像ＵＲは、撮像対象となるチップ１４の画像を示しており、反射体５０の下方に示す下左画像ＤＬ、下右画像ＤＲは、撮像対象となるボンディング位置２２ａの画像を示している。なお太線の破線にて示すＣ１〜Ｃ１１は、チップ１４の像が撮像ユニット３４に導かれる撮像の経路を示しており、また太線の一点鎖線にて示すＢ１〜Ｂ１１は、ボンディング位置２２ａの像が撮像ユニット３４に導かれる撮像の経路を示している。

ここで、上左画像ＵＬは、チップ１４の像の一部（左半分）である第１の部分像に該当し、上右画像ＵＲはチップ１４の像の第１の部分像とは異なる一部（右半分）である第３の部分像に該当する。また下左画像ＤＬは、ボンディング位置２２ａの像の第１の部分像に対応する一部（左半分）である第２の部分像に該当し、下右画像ＤＲはボンディング位置２２ａの像の第３の部分像に対応する一部（右半分）である第４の部分像に該当する。ここで、「対応する」とは、これらの部分像を取得する際の撮像視野が上下に重なった状態であることを意味している。

チップ１４ の上左画像ＵＬ、上右画像ＵＲは、反射体５０の上面の第１の入射口６１に入射し（経路Ｃ１）、第１のブロック体５３内を導かれて第５導光体５５の上面の第１の出射口６３から上方へ出射する（経路Ｃ５）。ボンディング位置２２ａの下左画像ＤＬ、下右画像ＤＲは、反射体５０の下面の第２の入射口６２に入射し（経路Ｂ１）、第２のブロック体５４内を導かれて第６導光体５６の上面の第２の出射口６４から上方へ出射する（経路Ｂ５）。

図９（ａ）に示すように、第１のブロック体５３内では、反射体５０から入射したチップ１４の像（経路Ｃ２）は、第２反射面７２に入射してＸ方向に反射され（経路Ｃ３）、さらに第３反射面７３に入射してＹ方向に反射される（経路Ｃ４）。次いで第５導光体５５の第４反射面７４に入射して上方に反射され（図９（ｂ））、第１の出射口６３に至る。また第２のブロック体５４内では、反射体５０から入射したボンディング位置２２ａの像（経路Ｂ２）は第６反射面７６に入射してＸ方向に反射され（経路Ｂ３）、さらに第７反射面７７に入射してＹ方向に反射される（経路Ｂ４）。次いで第６導光体５６の第８反射面７８に入射して上方に反射され（図９（ｂ））、第２の出射口６４に至る。

第５導光体５５の上方には、上左プリズム４５の入射縁部４５ａ、上右プリズム４６の入射縁部４６ａが位置しており、第６導光体５６の上方には、下左プリズム４７の入射縁部４７ａ、下右プリズム４８の入射縁部４８ａが位置している（図８参照）。ここで上左プリズム４５、上右プリズム４６は、入射縁部４５ａ、入射縁部４６ａが、第５導光体５５の上面の第１の出射口６３を左右方向に２つに区分した第１の左出射口６３Ｌ、第１の右出射口６３Ｒの上方にそれぞれ位置するように配置されている。また下左プリズム４７、下右プリズム４８は、入射縁部４７ａ、入射縁部４８ａが、第６導光体５６の上面の第２の出射口６４を左右方向に２つに区分した第２の左出射口６４Ｌ、第２の右出射口６４Ｒの上方にそれぞれ位置するように配置されている。

このような構成により、チップ１４の像、ボンディング位置２２ａの像を左右２つに区分した４つの部分像のそれぞれを、撮像ユニット３４を構成する４つの撮像部によって取り込むことができるようになっている。すなわち第１の出射口６３から出射されたチップ１４の像のうち、第１の左出射口６３Ｌから出射される上左画像ＵＬ、第１の右出射口６３Ｒから出射される上右画像ＵＲは、上左プリズム４５の入射縁部４５ａ、上右プリズム４６の入射縁部４６ａにそれぞれ入射する（経路Ｃ６，Ｃ７）。

そして上左プリズム４５の入射縁部４５ａ、上右プリズム４６の入射縁部４６ａにそれぞれ入射した上左画像ＵＬ、上右画像ＵＲは、上左プリズム４５、上右プリズム４６内でそれぞれ出射縁部４５ｂ、出射縁部４６ｂ側に反射され（図９に示す経路Ｃ８、Ｃ１０参照）、ここで下方に反射されて上左撮像部４１、上右撮像部４３に入射する（経路Ｃ９、Ｃ１１）。

また第２の出射口６４から出射されたボンディング位置２２ａの像のうち、第２の左出射口６４Ｌから出射される下左画像ＤＬ、第２の右出射口６４Ｒから出射される下右画像ＤＲは、下左プリズム４７の入射縁部４７ａ、下右プリズム４８の入射縁部４８ａにそれぞれ入射する（経路Ｂ６，Ｂ７）。そして下左プリズム４７の入射縁部４７ａ、下右プリズム４８の入射縁部４８ａにそれぞれ入射した下左画像ＤＬ、下右画像ＤＲは、下左プリズム４７、下右プリズム４８内でそれぞれ出射縁部４７ｂ、出射縁部４８ｂ側に反射され（図９に示す経路Ｂ８、Ｂ１０参照）、ここで下方に反射されて下左撮像部４２、下右撮像部４４に入射する（経路Ｂ９、Ｂ１１）。

上記構成において、上左撮像部４１は、第１の出射口６３から出射されたチップ１４の像の一部である第１の部分像（上左画像ＵＬ）を撮像し、下左撮像部４２は第２の出射口６４から出射されたボンディング位置２２ａの像の第１の部分像（上左画像ＵＬ）に対応する一部である第２の部分像（下左画像ＤＬ）を撮像する。また上右撮像部４３は、第１の出射口６３から出射されたチップ１４の像の第１の部分像（上左画像ＵＬ）とは異なる一部である第３の部分像（上右画像ＵＲ）を撮像し、下右撮像部４４は、第２の出射口６４から出射されたボンディング位置２２ａの像の第３の部分像（上右画像ＵＲ）に対応する一部である第４の部分像（ＤＲ）を撮像する。

さらに詳細に述べると、ボンディング装置１が備えた固定光学ユニット３３は、第１の出射口６３から出射されたチップ１４の像の一部である第１の部分像（上左画像ＵＬ）を入射させ出射させる第１の導光体（上左プリズム４５）と、第２の出射口６４から出射されたボンディング位置２２ａの像の一部である第２の部分像（下左画像ＤＬ）を入射させ出射させる第２の導光体（下左プリズム４７）と、第１の出射口６３から出射されたチップ１４の像の第１の部分像（上左画像ＵＬ）とは異なる一部である第３の部分像（上右画像ＵＲ）を入射させ出射させる第３の導光体（上右プリズム４６）と、第２の出射口６４から出射されたボンディング位置２２ａの像の第２の部分像（下左画像ＤＬ）とは異なる一部である第４の部分像（下右画像ＤＲ）を入射させ出射させる第４の導光体（下右プリズム４８）とを備えている。

そして上左撮像部４１は第１の導光体（上左プリズム４５）から出射された第１の部分像（上左画像ＵＬ）を撮像し、下左撮像部４２は、第２の導光体（下左プリズム４７）から出射された第２の部分像（下左画像ＤＬ）を撮像する。また上右撮像部４３は、第３の導光体（上右プリズム４６）から出射された第３の部分像（上右画像ＵＲ）を撮像し、下右撮像部４４は、第４の導光体（下右プリズム４８）から出射された第４の部分像（下右画像ＤＲ）を撮像する。

上述構成の撮像ユニット３４によるチップ１４ とボンディング位置２２ａの撮像において、撮像対象のチップ１４、ボンディング位置２２ａの形状、サイズ、認識点の位置などによって撮像視野の位置を調整する必要が生じる場合がある。このような場合には、撮像部移動機構３５によって、上左撮像部４１、下左撮像部４２、上右撮像部４３、下右撮像部４４を、上左プリズム４５、下左プリズム４７、上右プリズム４６、下右プリズム４８に対して相対的に移動させることにより、各撮像部の撮像視野の位置を調整する。

ここで、図８に示すように、チップ１４における上左撮像部４１の視野（上左画像ＵＬ）とボンディング位置２２ａにおける下左撮像部４２の視野（下左画像ＤＬ）は上下に重なった位置関係にある。また同様に、チップ１４における上右撮像部４３の視野（上右画像ＵＲ）とボンディング位置２２ａにおける下右撮像部４４の視野（下右画像ＤＲ）は上下に重なった位置関係にある。

前述のように、撮像部移動機構３５の構成において、上左撮像部４１と下左撮像部４２と上右撮像部４３と下右撮像部４４とは、第１の移動機構によってＸ方向には同一方向に同一距離だけ移動する。そして第２の移動機構によって、上左撮像部４１と上右撮像部４３とを同一方向に同一距離移動させるとともに、下左撮像部４２と下右撮像部４４とを、上左撮像部４１と上右撮像部４３とは反対方向に同一距離だけ移動させることができるようになっている。

上左撮像部４１、上右撮像部４３、下左撮像部４２、下右撮像部４４をこのような条件で移動させることにより、撮像部移動機構３５は、上左撮像部４１の視野と下左撮像部４２の視野が重なった状態と上右撮像部４３の視野と下右撮像部４４の視野が重なった状態とを維持しながら、上左撮像部４１と下左撮像部４２と上右撮像部４３と下右撮像部４４とを移動させることができる。これにより、チップ１４とボンディング位置２２ａの上下２つの撮像対象のそれぞれを区分した４つの部分像の位置関係を正しく維持した状態で、各撮像部の撮像視野の位置を調整することが可能となっている。

上述のチップ１４とボンディング位置２２ａの撮像に用いられる構成要素を、撮像対象毎に区分すると、上左プリズム４５と上左撮像部４１との第１の組み合わせ、または上右プリズム４６と上右撮像部４３との第３の組み合わせは、可動プリズム３２ａの第１の出射口６３から出射されたチップ１４の像を撮像する第１の撮像手段を構成する。また下左プリズム４７と下左撮像部４２との第２の組み合わせ、または下右プリズム４８と下右撮像部４４との第４の組み合わせは、可動プリズム３２ａの第２の出射口６４から出射されたボンディング位置２２ａの像を撮像する第２の撮像手段を構成する。

なお、第１の撮像手段、第２の撮像手段において、それぞれの２つの組み合わせのうちのいずれか一方のみを用いてもよく、また双方を用いてもよい。一方の組み合わせのみを用いる場合とは、例えば第１の撮像手段として第１の組み合わせを用い、第２の撮像手段として第２の組み合わせを用いる場合のように、撮像視野の片側の部分像のみを撮像する場合を云う。

すなわちボンディング対象が小型のチップ１４であってボンディング動作時の認識が、チップ中心の一点認識で足りるような場合には、片側の撮像部のみを用いる。これに対し、ボンディング対象が大型のチップ１４であってボンディング動作時の認識において、チップの対角位置などの２点を認識することが必要な場合には、前述の２つの組み合わせの双方を用いるようにする。すなわち、チップ１４、ボンディング位置２２ａの双方のそれぞれを、２つの撮像部によって撮像する。このように、本実施の形態に示すボンディング装置１では、小型のチップから大型のチップまで多品種のチップに対応可能であり、汎用性に優れたボンディング装置が実現されている。

そして上述の第１の撮像手段によって撮像されたチップ１４の像と、第２の撮像手段によって撮像されたボンディング位置２２ａの像に基づいて、チップ１４とボンディング位置２２ａとの相対的な位置ずれが、画像認識により検出される。この画像認識による位置ずれ検出は、制御部５が備えた画像認識部９３（図１３）の処理機能によって実行される。したがって制御部５の画像認識部９３は、チップ１４の像と、ボンディング位置２２ａの像に基づいて、チップ１４とボンディング位置２２ａとの相対的な位置ずれを検出する検出手段となっている。

このようにして検出手段によって検出されたチップ１４とボンディング位置２２ａとの相対的な位置ずれに基づいて、制御部５のアライメント処理部９２（図１３）が第２のＸＹテーブル２０を制御することにより、チップ１４を保持したボンディングツール２９と基板２２を保持した基板保持ステージ２１とを相対的に移動させて、チップ１４とボンディング位置２２ａとを位置合わせするアライメント処理が行われる。したがって制御部５のアライメント処理部９２は、ボンディングツール２９と基板保持ステージ２１とを相対的に移動させるアライメント手段を構成する。

ボンディング装置１における撮像手段の定義は複数の定義が可能であり、以下に示すような定義を用いてもよい。すなわち上左プリズム４５と上左撮像部４１との組み合わせを、第１の出射口６３から出射されたチップ１４の像の一部である第１の部分像（上左画像ＵＬ）を撮像する第１の撮像手段と定義し、下左プリズム４７と下左撮像部４２との組み合わせを、第２の出射口６４から出射されたボンディング位置２２ａの像の第１の部分像（上左画像ＵＬ）に対応する一部である第２の部分像（下左画像ＤＬ）を撮像する第２の撮像手段と定義する。

また上右プリズム４６と上右撮像部４３との組み合わせを、第１の出射口６３から出射されたチップ１４の像の第１の部分像（上左画像ＵＬ）とは異なる一部である第３の部分像（上右画像ＵＲ）を撮像する第３の撮像手段と定義し、下右プリズム４８と下右撮像部４４との組み合わせを、第２の出射口６４から出射されたボンディング位置２２ａの像の第３の部分像（上右画像ＵＲ）に対応する一部である第４の部分像（下右画像ＤＲ）を撮像する第４の撮像手段と定義する。

そして上述の第１の撮像手段によって撮像された第１の部分像（上左画像ＵＬ）と、第２の撮像手段によって撮像された第２の部分像（下左画像ＤＬ）と、第３の撮像手段によって撮像された第３の部分像（上右画像ＵＲ）と、第４の撮像手段によって撮像された第４の部分像（下右画像ＤＲ）と、に基づいて、チップ１４とボンディング位置２２ａの相対的な位置ずれが、前述の検出手段によって検出される。そしてこのようにして検出手段によって検出されたチップ１４とボンディング位置２２ａとの相対的な位置ずれに基づいて、前述のアライメント手段によってボンディングツール２９と基板保持ステージ２１とを相対的に移動させることにより、チップ１４とボンディング位置２２ａとを位置合わせするアライメント処理が行われる。

次に図１０を参照して、光学ヘッド３０の構成を説明する。図１０において、ガイドレール２５（図２参照）に沿って移動する第２の移動ベース３０ａには、光源ボックス３１が装着されている。第２の移動ベース３０ａは、図２にて説明する移動手段によってＹ方向に移動する。光源ボックス３１には、図１１に示す上側照明部８５、下側照明部８６を構成する上側光源８１および下側光源８２が収納されている。

上側光源８１、下側光源８２からは、それぞれ複数の光ファイバを結束して構成された上側光ファイバケーブル８３、下側光ファイバケーブル８４が延出している。上側光ファイバケーブル８３、下側光ファイバケーブル８４は、アーム部３１ａの内部を経由して可動光学ユニット３２に接続されている。上側光源８１、下側光源８２を作動させることにより、上側光ファイバケーブル８３、下側光ファイバケーブル８４を介して可動光学ユニット３２の内部において照明光が照射される。

図１１は、可動光学ユニット３２の内部に収納された可動プリズム３２ａおよび可動プリズム３２ａが備えた上側照明部８５、下側照明部８６を示している。可動導光体である可動プリズム３２ａの上面側には、上側照明部８５が設けられており、可動プリズム３２ａの下面側には、下側照明部８６が設けられている。上側照明部８５、下側照明部８６は、いずれも前述の移動手段（リニアモータ２４およびガイドレール２５）によって可動プリズム３２ａとともに移動する。上側照明部８５は、可動プリズム３２ａがチップ１４と基板２２との間に位置する際に、チップ１４を照明する。また下側照明部８６は、可動プリズム３２ａがチップ１４と基板２２との間に位置する際に、基板２２を照明する。

上側光ファイバケーブル８３、下側光ファイバケーブル８４は、可動光学ユニット３２の内部において光ファイバの結束を解かれて終端部が平らに成形され、端面が線状にそろえられた照射部８３ａ、８４ａを形成する。上側光ファイバケーブル８３、下側光ファイバケーブル８４を構成する光ファイバの先端面が開口した端面は、それぞれ上側光源８１、下側光源８２が発光し上側光ファイバケーブル８３、下側光ファイバケーブル８４により導光された照明光を、反射体５０の上面および下面において照射する上側発光部８３ｂ、下側発光部８４ｂとなっている。

すなわち上側照明部８５は、上側光源８１と複数の光ファイバの束であり上側光源８１の光をチップ１４へ導く上側光ファイバケーブル８３とを有し、下側照明部８６は、下側光源８２と複数の光ファイバの束であり下側光源８２の光を基板２２へ導く下側光ファイバケーブル８４とを有する構成となっている。

そして上側光ファイバケーブル８３を構成する複数の光ファイバの端面が反射体５０の上面の第１の入射口６１を取り囲むように、上側光ファイバケーブル８３の終端部が平らに成形されて照射部８３ａとなっている。また下側光ファイバケーブル８４を構成する複数の光ファイバの端面が反射体５０の下面の第２の入射口６２を取り囲むように下側光ファイバケーブル８４の終端部が平らに成形されて照射部８４ａとなっている。

可動プリズム３２ａを形成する第１のブロック体５３、第２のブロック体５４の外側面において、反射体５０を挟む位置には、それぞれ三角柱状の導光体である第７導光体５７、第８導光体５８が、外側方に延出して可動プリズム３２ａと一体に設けられている。可動プリズム３２ａを挟んで設けられた第７導光体５７、第８導光体５８は、可動プリズム３２ａがチップ１４と基板２２との間に位置した際、上方に設けられた照明手段である１対のスポット照明３６（図２，図３参照）により異なる２方向から下方へ照射された照明光を、基板２２のボンディング位置２２ａに導く集光部として機能する。

図１２は、ボンディングツール２９に保持されたチップ１４と基板２２との間に可動光学ユニット３２を位置させて、チップ１４と基板２２とを撮像する際のチップ１４および基板２２の照明状態を示している。まずスポット照明３６を作動させることにより、可動光学ユニット３２を挟む両側の上方から照明光が第７導光体５７、第８導光体５８に対して斜め上方向の異なる２方向から照射される（矢印ｉ，ｊ）。照射された照明光は第７導光体５７、第８導光体５８によって集光されて、基板２２の上面のボンディング位置２２ａに入射して照明する。

また上側照明部８５、下側照明部８６を作動させることにより、上側光源８１、下側光源８２から、照明光が上側光ファイバケーブル８３、下側光ファイバケーブル８４を介して照射部８３ａ、８４ａに導光される。そしてこの照明光は、上側発光部８３ｂ、下側発光部８４ｂからそれぞれチップ１４、基板２２に対して間接照明光として照射される（矢印ｋ、矢印ｍ）。さらに、各撮像部に備えられた同軸照明からの照明光が撮像部位に対して照射される。

すなわち上左撮像部４１や上右撮像部４３の同軸照明からの照明光は、反射体５０の第１導光体５１に入射して（矢印ｎ）、第１反射面７１（図７参照）によって上方に反射されてチップ１４に同軸方向から入射する（矢印ｏ）。また下左撮像部４２や下右撮像部４４の同軸照明からの照明光は、反射体５０の第２導光体５２に入射して（矢印ｐ）、第５反射面７５（図７参照）によって下方に反射されて基板２２に同軸方向から入射する（矢印ｑ）。

このように本実施の形態のボンディング装置１においては、図７に示す構成の可動プリズム３２ａを内蔵した可動光学ユニット３２をチップ１４と基板２２との間に位置させて上下２方向の撮像を行う方式において、以下に述べる複数の照明手段を備えるようにしている。

まず、撮像ユニット３４の各撮像部が備えた同軸照明によってチップ１４と基板２２に照明光を同軸方向から照射する。そしてチップ１４と基板２２を周囲から照明する間接照明として、可動プリズム３２ａの上側および下側に配置され光ファイバケーブルによって導かれた照明光を照射する上側照明部８５、下側照明部８６を備えている。さらに加えて、上方に設けられた１対のスポット照明３６により下方へ照射された照明光を第７導光体５７、第８導光体５８によって集光して、基板２２の上面のボンディング位置２２ａを照明するようにしている。このように複数の照明手段を備えることにより、ボンディング対象の基板２２に基板押さえ部材など正常な照明を妨げる干渉物が存在する場合にあっても、良好な撮像のために必要な適正な照明条件を満たすことができる。

次に図１３を参照して、制御系の構成を説明する。図１３において、制御部５は内部処理機能部としてのボンディング動作制御部９１、アライメント処理部９２、画像認識部９３、視野位置設定部９４および記憶部９５を備えている。また制御部５には、リニアモータ２４、第１のＸＹテーブル１０、第２のＸＹテーブル２０、ボンディングヘッド２６、ピックアップヘッド１５、撮像ユニットＸ軸モータ３４Ｘ、撮像ユニットＹ軸モータ３４Ｙ、上左カメラ４１ｃ、下左カメラ４２ｃ、上右カメラ４３ｃ、下右カメラ４４ｃ、上側光源８１、下側光源８２、スポット照明３６、上左同軸照明４１ｂ、下左同軸照明４２ｂ、上右同軸照明４３ｂ、下右同軸照明４４ｂおよびタッチパネル９６が接続されている。タッチパネル９６は、画像認識部９３による認識画面や制御部５への操作入力やデータ入力用の操作画面などを表示する。

ボンディング動作制御部９１は、リニアモータ２４、第１のＸＹテーブル１０、第２のＸＹテーブル２０、ボンディングヘッド２６、ピックアップヘッド１５を制御することにより、ピックアップヘッド１５によってチップ供給部２から取り出したチップ１４をボンディングヘッド２６によって基板２２にボンディングするボンディング動作を制御する。

画像認識部９３は、上左カメラ４１ｃ、下左カメラ４２ｃ、上右カメラ４３ｃ、下右カメラ４４ｃによってチップ１４とボンディング位置２２ａを撮像して得られた画像を認識処理することにより、チップ１４とボンディング位置２２ａとの位置ずれを検出する。すなわち画像認識部９３はチップ１４とボンディング位置２２ａとの相対的な位置ずれを検出する検出手段となっている。上左カメラ４１ｃ、下左カメラ４２ｃ、上右カメラ４３ｃ、下右カメラ４４ｃによる撮像時には、画像認識部９３が備えた照明制御機能によって上側光源８１、下側光源８２、スポット照明３６、上左同軸照明４１ｂ、下左同軸照明４２ｂ、上右同軸照明４３ｂ、下右同軸照明４４ｂの点灯が制御される。

視野位置設定部９４は、撮像ユニットＸ軸モータ３４Ｘ、撮像ユニットＹ軸モータ３４Ｙの駆動を制御することにより、撮像ユニット３４を移動させる。これにより、上左撮像部４１、下左撮像部４２、上右撮像部４３、下右撮像部４４の撮像視野の位置が撮像対象に応じて設定される。記憶部９５はボンディング動作制御部９１によるボンディング動作の制御に用いられるボンディングデータや、画像認識部９３による認識処理に用いられる認識データ、さらに視野位置設定部９４による視野位置の設定に用いられる撮像視野データなどのデータを記憶する。

上記説明したように、本実施の形態では、ボンディングツール２９に保持したチップ１４を基板２２のボンディング位置２２ａに接合するボンディング装置１を、チップ１４と基板２２との間に進出した際に、チップ１４の像、ボンディング位置２２ａの像をそれぞれ第１の入射口６１、第２の入射口６２から入射させ、第１の出射口６３、第２の出射口６４から上方に出射させる機能を有する可動導光体と、出射されたチップの像、ボンディング位置の像を、２回反射ミラーとして機能する４つのプリズムを備えた固定光学ユニット３３を介して４つの撮像部によって撮像する撮像ユニット３４とを備える構成とし、可動導光体として薄型の多面反射プリズムより成る可動プリズム３２ａを用いるようにしている。これにより、ボンディング作業において高い位置精度を確保しながら高生産性を実現することができる。

そして固定光学ユニット３３により、第１の出射口６３から出射されたチップ１４の上左画像ＵＬ、上右画像ＵＲ、第２の出射口６４から出射されたボンディング位置２２ａのチップ１４の下左画像ＤＬ、下右画像ＤＲを、４つのプリズムによって下方に反射する。反射されたこれらの画像を撮像ユニット３４の４つの撮像部に入射させて撮像する構成において、４つの撮像部を撮像部移動手段によって固定光学ユニット３３の４つのプリズムに対して相対的に移動させることにより、４つの撮像部による撮像視野の位置を調整する。これにより、サイズや認識点の位置が異なる多品種のチップ１４を対象とすることができる。

上述構成のボンディング装置１のボンディング機構４において、共通のリニアモータ２４によって駆動されてガイドレール２５に沿って移動する第１の移動ベース２６ａ、第２の移動ベース３０ａに、ボンディングツール２９を備えたボンディングヘッド２６および可動光学ユニット３２を備えた光学ヘッド３０とを装着する。光学ヘッド３０を移動させて可動光学ユニット３２をチップ１４と基板２２との間に位置させた状態で、撮像ユニット３４によってチップ１４の像とボンディング位置２２ａの像を撮像する。これにより、ボンディング装置の機構を簡素化して設備コストを低減することが可能となっている。

上述の可動光学ユニット３２が備えた可動プリズム３２ａには、上側光源からの照明光を上側光ファイバケーブル８３によって照射部８３ａに導いて上側発光部８３ｂから照射してチップ１４を照明する上側照明部８５と、下側光源からの照明光を下側光ファイバケーブル８４によって照射部８４ａに導いて下側発光部８４ｂから照射して基板２２のボンディング位置２２ａ照明する下側照明部８６とが設けられている。この構成により、チップ１４およびボンディング位置２２ａを適正な照明条件で照明し、高精度の位置認識を行うことが可能となっている。

さらに本実施の形態に示すボンディング装置１においては、ボンディング機構４のＹ軸フレーム２３に配置された１対のスポット照明３６からの照明光を、チップ１４と基板２２との間に位置した可動光学ユニット３２に照射し、照射光を可動プリズム３２ａの側面に設けられた第７の導光体５７，第８の導光体５８によって集光して基板２２のボンディング位置に導くようにしている。これにより、基板２２上に干渉物が存在する場合にあっても、基板２２のボンディング位置２２ａを適正な照明条件で照明することができる。

なお、本実施の形態に示すボンディング装置１では、１対のスポット照明３６がＹ軸フレーム２３に配置されているが、Ｙ軸フレーム２３とは異なる部材に配置されてもよい。

本発明のボンディング装置は、高い位置精度を確保しながら高生産性を実現することができるという効果を有し、チップを基板のボンディング位置に接合する技術分野において有用である。

１ ボンディング装置
２ チップ供給部
３ 基板保持部
４ ボンディング機構
１４ チップ
２１ 基板保持ステージ
２２ 基板
２２ａ ボンディング位置
２４ リニアモータ
２５ ガイドレール
２６ ボンディングヘッド
２６ａ 第１の移動ベース
２９ ボンディングツール
３０ 光学ヘッド
３０ａ 第２の移動ベース
３１ 光源ボックス
３２ 可動光学ユニット
３２ａ 可動プリズム
３３ 固定光学ユニット
３４ 撮像ユニット
３５ 撮像部移動機構
３６ スポット照明
４１ 上左撮像部
４１ｃ 上左カメラ
４２ 下左撮像部
４２ｃ 下左カメラ
４３ 上右撮像部
４３ｃ 上右カメラ
４４ 下右撮像部
４４ｃ 下右カメラ
４５ 上左プリズム
４６ 上右プリズム
４７ 下左プリズム
４８ 下右プリズム
５０ 反射体
５３ 第１のブロック体
５４ 第２のブロック体
６１ 第１の入射口
６２ 第２の入射口
６３ 第１の出射口
６４ 第２の出射口
８１ 上側光源
８２ 下側光源
８３ 上側光ファイバケーブル
８４ 下側光ファイバケーブル
８５ 上側照明部
８６ 下側照明部
ＵＬ 上左画像
ＵＲ 上右画像
ＤＬ 下左画像
ＤＲ 下右画像
［Ｐ１］ 取出し位置
［Ｐ２］ ピックアップ位置
［Ｐ３］ 作業位置

Claims (8)

1. ボンディングツールがチップを保持し、前記チップと対向するように基板が載置されるステージの方向に前記ボンディングツールを下降させて前記チップを前記基板のボンディング位置に接合するボンディング装置において、
   前記ボンディング位置の上方に位置する前記チップと前記基板との間に位置した際に、前記チップの像を前記チップに対向する第１の入射口から入射させ前記第１の入射口から水平方向に離間した第１の出射口から上方に出射させるとともに、前記基板の前記ボンディング位置の像を前記ボンディング位置と対向する第２の入射口から入射させ前記第１の入射口から水平方向に離間した第２の出射口から上方に出射させる可動導光体と、
   前記第１の出射口から出射された前記チップの像を撮像する第１の撮像手段と、
   前記第２の出射口から出射された前記ボンディング位置の像を撮像する第２の撮像手段と、
   前記第１の撮像手段によって撮像された前記チップの像と前記第２の撮像手段によって撮像された前記ボンディング位置の像に基づいて、前記チップと前記ボンディング位置の相対的な位置ずれを検出する検出手段と、
   前記検出手段によって検出された前記位置ずれに基づいて、前記ボンディングツールと前記ステージとを相対的に移動させるアライメント手段と、
   前記ボンディング位置の上方に位置する前記チップと前記基板との間の空間に前記可動導光体を進退させる移動手段と、
   を備える、ボンディング装置。
2. 前記可動導光体は、
   前記第１の入射口から入射した前記チップの像を第１の水平方向に反射するとともに、前記第２の入射口から入射した前記ボンディング位置の像を前記第１の水平方向とは反対の第２の水平方向に反射する反射体と、
   前記第１の水平方向に反射された前記チップの像を前記第１の出射口に導く複数のチップ像反射面と、
   前記第２の水平方向に反射された前記ボンディング位置の像を前記第２の出射口に導く複数の基板像反射面と、
   を備える、請求項１のボンディング装置。
3. 前記複数のチップ像反射面は、
   前記第１の出射口の真下に配置され水平に入射した前記チップの像を真上に反射する第１の最終反射面と、
   前記第１の水平方向に反射された前記チップの像を前記第１の最終反射面に導く少なくとも一つの第１の直立反射面と、を含み、
   前記複数の基板像反射面は、
   前記第２の出射口の真下に配置され水平に入射した前記ボンディング位置の像を真上に反射する第２の最終反射面と、
   前記第２の水平方向に反射された前記ボンディング位置の像を前記第２の最終反射面に導く少なくとも一つの第２の直立反射面と、
   を含む、請求項２に記載のボンディング装置。
4. 前記第１の最終反射面と第２の最終反射面、並びに前記第１の直立反射面と前記第２の直立反射面とは、前記反射体の中心を通過して前記第１の水平方向と前記第２の水平方向と水平面内で直交する直線を基準に線対称になっている、請求項３に記載のボンディング装置。
5. ボンディングツールがチップを保持し、前記チップと対向するように基板が載置されるステージの方向に前記ボンディングツールを下降させて前記チップを前記基板のボンディング位置に接合するボンディング装置において、
   前記ボンディング位置の上方に位置する前記チップと前記基板との間に位置した際に、前記チップの像を前記チップに対向する第１の入射口から入射させ前記第１の入射口から水平方向に離間した第１の出射口から上方に出射させるとともに、前記基板の前記ボンディング位置の像を前記ボンディング位置と対向する第２の入射口から入射させ前記第１の入射口から水平方向に離間した第２の出射口から上方に出射させる可動導光体と、
   前記第１の出射口から出射された前記チップの像の一部である第１の部分像を撮像する第１の撮像手段と、
   前記第２の出射口から出射された前記ボンディング位置の像の前記第１の部分像に対応する一部である第２の部分像を撮像する第２の撮像手段と、
   前記第１の出射口から出射された前記チップの像の前記第１の部分像とは異なる一部である第３の部分像を撮像する第３の撮像手段と、
   前記第２の出射口から出射された前記ボンディング位置の像の前記第３の部分像に対応する一部である第４の部分像を撮像する第４の撮像手段と、
   前記第１の撮像手段によって撮像された前記第１の部分像と前記第２の撮像手段によって撮像された前記第２の部分像と前記第３の撮像手段によって撮像された前記第３の部分像と前記第４の撮像手段によって撮像された前記第４の部分像に基づいて、前記チップと前記ボンディング位置の相対的な位置ずれを検出する検出手段と、
   前記検出手段によって検出された前記位置ずれに基づいて、前記ボンディングツールと前記ステージを相対的に移動させるアライメント手段と、
   前記ボンディング位置の上方に位置する前記チップと前記基板との間の空間に前記可動導光体を進退させる移動手段と、
   を備える、ボンディング装置。
6. 前記可動導光体は、
   前記第１の入射口から入射した前記チップの像を第１の水平方向に反射するとともに前記第２の入射口から入射した前記ボンディング位置の像を前記第１の水平方向とは反対の第２の水平方向に反射する反射体と、
   前記第１の水平方向に反射された前記チップの像を前記第１の出射口に導く複数のチップ像反射面と、
   前記第２の水平方向に反射された前記ボンディング位置の像を前記第２の出射口に導く複数の基板像反射面と、
   を備える、請求項５に記載のボンディング装置。
7. 前記複数のチップ像反射面は、
   前記第１の出射口の真下に配置され水平に入射した前記チップの像を真上に反射する第１の最終反射面と、
   前記第１の水平方向に反射された前記チップ像を前記第１の最終反射面に導く少なくとも一つの第１の直立反射面と、を含み、
   前記複数の基板像反射面は、
   前記第２の出射口の真下に配置され水平に入射した前記ボンディング位置の像を真上に反射する第２の最終反射面と、
   前記第２の水平方向に反射された前記ボンディング位置の像を前記第２の最終反射面に導く少なくとも一つの第２の直立反射面と、
   を含む、請求項６に記載のボンディング装置。
8. 前記第１の最終反射面と第２の最終反射面、並びに前記第１の直立反射面と前記第２の直立反射面とは、前記反射体の中心を通過して前記第１の水平方向と前記第２の水平方向と水平面内で直交する直線を基準に線対称になっている、請求項７に記載のボンディング装置。

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