JP2006216852A - 位置決め装置および位置決め装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構造で動作ユニットの作動開始時間を設定することができる位置決め装置および位置決め装置の制御方法を提供する。
【解決手段】所定の案内経路に沿って移動する移動子22の停止時、移動子22上に支持される動作ユニット24に作用する慣性力に基づき動作ユニット24は残留振動に曝される。このとき、センサ32から出力されるセンサ信号の波形が観察される。こうして残留振動は、センサ32から出力されるセンサ信号で検出される。センサ信号の波形に基づき動作ユニット24の位置は正確に特定されることができる。動作ユニット24の作動に適した位置は特定される。こうして動作ユニット24の作動開始時間は設定されることができる。残留振動中でも、動作ユニット24は移動子22の停止から短時間で作動し始めることができる。
【選択図】図1
【解決手段】所定の案内経路に沿って移動する移動子22の停止時、移動子22上に支持される動作ユニット24に作用する慣性力に基づき動作ユニット24は残留振動に曝される。このとき、センサ32から出力されるセンサ信号の波形が観察される。こうして残留振動は、センサ32から出力されるセンサ信号で検出される。センサ信号の波形に基づき動作ユニット24の位置は正確に特定されることができる。動作ユニット24の作動に適した位置は特定される。こうして動作ユニット24の作動開始時間は設定されることができる。残留振動中でも、動作ユニット24は移動子22の停止から短時間で作動し始めることができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、例えば回路チップ実装装置といった加工装置に組み込まれる位置決め装置およびその制御方法に関する。
例えば引用文献1に開示されるように、いわゆるウェハの微細加工に用いられる露光装置は広く知られる。こういった露光装置では加工ステージ上のウェハに対して光学系ユニットやマスクは位置合わせされる。位置合わせにあたって例えば加工ステージは水平方向に移動する。加工ステージでは停止時に残留振動が発生する。残留振動に同調して光学系ユニットやマスクは強制的に駆動される。こうして光学系ユニットやマスクとウェハとの間で位置誤差は解消される。残留振動中でも正確な位置合わせは実現される。
特開2003−124112号公報
特許第3444265号公報
特開昭63−46502号公報
特開平08−293459号公報
こうした露光装置では、光学系ユニットやマスクの強制駆動にあたって大がかりな駆動機構が要求される。露光装置は複雑化する。露光装置の製造コストは上昇してしまう。
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、簡単な構造で動作ユニットの作動開始時間を設定することができる位置決め装置および位置決め装置の制御方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、第1発明によれば、所定の案内経路に沿って移動する移動子と、移動子から延びる支持部材と、支持部材の先端に固定される動作ユニットと、移動子の移動を検出するセンサと、移動子の停止時にセンサから出力されるセンサ信号に基づき動作ユニットの作動開始時間を設定する制御回路とを備えることを特徴とする位置決め装置が提供される。
こういった位置決め装置では、移動子が停止すると、動作ユニットに作用する慣性力に基づき動作ユニットは残留振動に曝される。動作ユニットの残留振動は、センサから出力されるセンサ信号で検出されることができる。センサ信号に基づき動作ユニットの位置は正確に特定されることができる。動作ユニットの作動に適した位置は特定される。こうして動作ユニットの作動開始時間は設定されることができる。残留振動中でも、動作ユニットは移動子の停止から短時間で作動し始めることができる。
しかも、センサ信号の検出にあたって、移動子の移動を検出するセンサが利用される。こういったセンサは移動子の位置決めに用いられる。したがって、本発明は、従来の位置決め装置にも比較的に簡単に適用されることができる。動作ユニットの作動開始時間は簡単な構造で設定されることができる。作動開始時間の設定にあたって大がかりな装置や追加の部品は要求されない。位置決め装置の製造コストは低減されることができる。こういった位置決め装置では、作動開始時間はセンサ信号の波形の周期に基づき設定されればよい。
以上のような位置決め装置では、動作ユニットは露光機構を備えればよい。前述されるように、残留振動中でも短時間で正確な位置合わせは実現されることができる。動作ユニットと対象物との間でできる限り位置誤差は解消される。その結果、露光機構は、残留振動中でも対象物に対して正確な位置で露光を実現することができる。
第2発明によれば、所定の案内経路に沿って移動する移動子の停止時に、移動子の移動を検出するセンサから出力されるセンサ信号の波形を観察する工程と、センサ信号の波形に基づき、移動子上に支持される動作ユニットの作動開始時間を設定する工程とを備えることを特徴とする位置決め装置の制御方法が提供される。
こういった位置決め装置の制御方法では、移動子が停止すると、動作ユニットに作用する慣性力に基づき動作ユニットは残留振動に曝される。動作ユニットの残留振動は、センサから出力されるセンサ信号の波形に基づき検出されることができる。センサ信号に基づき動作ユニットの位置は正確に特定されることができる。動作ユニットの作動に適した位置は特定される。こうして動作ユニットの作動開始時間は設定されることができる。残留振動中でも、動作ユニットは移動子の停止から短時間で作動し始めることができる。こういった位置決め装置の制御方法では、作動開始時間はセンサ信号の波形の周期に基づき設定されればよい。
以上のように本発明によれば、簡単な構造で動作ユニットの作動開始時間を設定することができる位置決め装置および位置決め装置の制御方法は提供されることができる。
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る加工装置すなわち回路チップ実装装置(以下、「実装装置」)11の構造を概略的に示す。実装装置11は、任意の水平面に沿って表面を規定する作業テーブル12を備える。作業テーブル12は水平面に沿って水平移動することができる。作業テーブル12の表面にはプリント回路基板が搭載される。
ここで、実装装置11には3次元座標系すなわちxyz座標系が設定される。このxyz座標系のy軸は作業テーブル12の表面すなわち水平面に直交する垂直方向に延びる。作業テーブル12はx軸方向に駆動されると同時に、y軸方向に駆動されることができる。したがって、作業テーブル12の位置はx座標およびy座標で特定されることができる。
作業テーブル12には加圧装置13が関連付けられる。この加圧装置13は加工ヘッドすなわち超音波ヘッド14を備える。この超音波ヘッド14は先端で回路チップを保持する。超音波ヘッド14には超音波振動を発生させる超音波発振器が組み込まれる。超音波発振器は回路チップに超音波を伝達する。超音波は例えば水平面に平行に超音波ヘッド14内を伝わる。
超音波ヘッド14は、後述されるように、y軸方向に作業テーブル12の表面に対して垂直移動することができる。こうした垂直移動に基づき、回路チップは、作業テーブル12の表面に搭載されるプリント回路基板に押し付けられる。このとき、超音波振動は回路チップに伝達される。こうして超音波ヘッド14の働きで超音波接合は実施される。
加圧装置13は、超音波ヘッド14に連結される移動体15を備える。超音波ヘッド14および移動体15の間には力センサ16が挟み込まれる。力センサ16は、超音波ヘッド14にy軸方向に作用する力すなわち荷重を検出することができる。力センサ16では検出された荷重は電気信号に変換される。力センサ16には例えばひずみゲージが組み込まれればよい。こうして力センサ16では圧縮荷重および引張荷重が検出されることができる。
加圧装置13は支持部材17をさらに備える。支持部材17は移動体15を支持する。支持部材17は移動体15の移動時に静止状態を維持する。すなわち、超音波ヘッド14や移動体15、力センサ16は支持部材17に対して相対移動することができる。移動体15には、移動体15の移動を生み出す駆動力を発揮する駆動源すなわちVCM(ボイスコイルモータ)が連結される。VCMの働きで超音波ヘッド14および力センサ16の垂直移動は引き起こされる。
作業テーブル12および加圧装置13には撮像装置21が関連付けられる。撮像装置21は、所定の案内経路に沿って移動する移動子22を備える。移動子22の案内経路はz軸に沿って規定される。こうして移動子22は、水平面に沿ってz軸方向に作業テーブル12に対して水平移動することができる。撮像装置21は、移動子22から延びる支持部材23を備える。支持部材23は移動子22からz軸に沿って延びる。
支持部材23の先端には動作ユニットすなわち撮像ユニット24が固定される。撮像ユニット24には露光機構すなわち撮像機構25が組み込まれる。撮像機構25には例えばCCD(電荷結合素子)カメラが組み込まれればよい。移動子22が水平移動すると、撮像機構25は超音波ヘッド14と作業テーブル12の表面との間に配置される。こうして撮像機構25は、超音波ヘッド14に保持される回路チップと、作業テーブル12の表面に搭載されるプリント回路基板とを同時に撮影することができる。
実装装置11は主制御回路26を備える。主制御回路26は、所定の処理プログラムに従って実装装置11の処理動作を制御する。主制御回路26は、超音波ヘッド14に組み込まれる超音波発振器に所定の電気信号を供給する。供給された電気信号に基づき超音波ヘッド14は超音波振動を発生させる。
主制御回路26には加圧装置制御回路27が接続される。加圧装置制御回路27は所定の処理プログラムに従ってVCMに電流を供給することができる。供給される電流に基づき移動体15の垂直移動は生み出される。超音波ヘッド14は作業テーブル12の表面に対してy軸に沿って垂直移動することができる。こうして加圧装置制御回路27は超音波ヘッド14の押し付け力を制御することができる。
主制御回路26には作業テーブル駆動回路28がさらに接続される。作業テーブル駆動回路28は、例えば作業テーブル12に組み込まれる電動モータに所定の電気信号を供給する。電気信号の供給にあたって作業テーブル駆動回路28には主制御回路26から所定の制御信号が出力されればよい。供給された電気信号に基づき作業テーブル12はx軸およびz軸方向に水平移動することができる。
主制御回路26には画像処理回路29が接続される。画像処理回路29は撮像機構25に所定の制御信号を供給する。供給された制御信号に基づき撮像機構25はプリント回路基板や回路チップを撮影することができる。同時に、画像処理回路29は、撮像機構25から出力される画像を解析処理することができる。制御信号の供給にあたって画像処理回路29には、後述されるトリガ信号生成回路から所定のトリガ信号が出力されればよい。
主制御回路26には制御回路すなわち撮像装置制御回路31が接続される。撮像装置制御回路31は、例えば撮像装置21に組み込まれる電動モータに所定の電気信号を供給する。電気信号の供給にあたって、撮像装置制御回路31には主制御回路26から所定の制御信号が出力されればよい。供給された電気信号に基づき移動子22はz軸に沿って水平移動することができる。
図2を併せて参照し、移動子22の水平移動にあたって移動子22は例えばボールねじ32に連結される。ボールねじ32はz軸に沿って延びる。撮像装置21に組み込まれる電動モータの回転に基づきボールねじ32は回転する。ボールねじ32の回転に基づき移動子22の水平移動は実現される。
移動子22には位置センサ33が取り付けられる。位置センサ33は撮像装置制御回路31に接続される。位置センサ33には例えばパルスエンコーダが用いられる。この位置センサ33は、微小間隔で配列される微小突片34に向き合わせられる。移動子22が水平移動すると、微小突片34の働きで位置センサ33は撮像装置制御回路31にパルス信号を出力する。移動子22の移動量はパルス信号中のパルス数で計測されることができる。こうして撮像装置制御回路31は移動子22の位置を検出する。
撮像装置制御回路31は振動検出回路35を備える。振動検出回路35は、移動子22や撮像ユニット24の振動を検出することができる。移動子22や撮像ユニット24が振動すると、位置センサ33は振動検出回路35にパルス信号を出力する。出力されたパルス信号は振動検出回路35で波形信号に変換される。振動検出回路35は波形信号を観察する。振動検出回路35は波形信号に基づき撮像ユニット24の作動開始時間すなわち撮影開始時間を予測する。こうして撮影開始時間は設定されることができる。撮影開始時間の設定の詳細は後述される。
撮像装置制御回路31はトリガ信号生成回路36を備える。トリガ信号生成回路36は、振動検出回路35で特定される撮影開始時間に基づきトリガ信号を生成することができる。生成されたトリガ信号は画像処理回路29に出力される。出力されたトリガ信号に基づき画像処理回路29は撮像機構25に制御信号を供給する。こうして撮像機構25では撮影開始時間に撮影が実施される。なお、移動子22、支持部材23、撮像ユニット24、位置センサ33および撮像装置制御回路31は本発明の位置決め装置として機能する。
いま、プリント回路基板に回路チップを接合する場面を想定する。プリント回路基板は作業テーブル12の表面に搭載される。同時に、回路チップは超音波ヘッド14に保持される。回路チップの裏面にはボールバンプが予め固定される。ボールバンプには例えば銅といった導電材料が用いられればよい。回路チップの裏面には認識マークが印される。プリント回路基板の表面には回路チップの実装位置を示す認識マークが印される。超音波ヘッド14は予め所定の第1位置に位置決めされる。第1位置では超音波ヘッド14および作業テーブル12の間は所定の距離で隔てられる。
続いて、主制御回路26は撮像装置制御回路31に制御信号を送り出す。制御信号に基づき撮像装置制御回路31は撮像装置21の電動モータに電気信号を供給する。こうして移動子22はz軸に沿って作業テーブル12に向かって水平移動する。その後、位置センサ33に基づき移動子22は所定の目標位置に位置決めされる。撮像ユニット24は回路チップとプリント回路基板との間に配置される。移動子22の停止時、移動子22や支持部材23、撮像ユニット24は慣性力に基づき残留振動に曝される。図2から明らかなように、撮像ユニット24は、移動子22や支持部材23とともにyz平面内で揺動する。
位置センサ33は移動子22の残留振動に基づき振動検出回路35にパルス信号を出力する。振動検出回路35では、図3に示されるように、パルス信号は波形信号37に変換される。波形信号37の振幅は時間の経過とともに減衰する。撮像ユニット24は目標位置を基準に揺動することから、波形信号37の振幅は目標位置すなわち中心線38を基準に規定される。したがって、波形信号37および中心線38の交差点の時間は、揺動に基づき撮像ユニット24が目標位置を通過する時間に一致する。すなわち、交差点の時間は、撮像機構25の撮影に適した時間に一致する。
続いて、振動検出回路35は撮像ユニット24の振動周期を算出する。移動子22や撮像ユニット24の固有振動周波数に基づき振動周期は一定に規定されることから、交差点から交差点までの時間が検出されれば、将来の交差点の時間は予測されることができる。こうして予測される交差点の時間に基づき撮影開始時間は設定される。撮影開始時間が設定されると、トリガ信号生成回路36は、撮影開始時間に応じてトリガ信号を画像処理回路29に向けて送り出す。画像処理回路29はトリガ信号に基づき撮像機構25に制御信号を送り出す。撮像機構25は回路チップおよびプリント回路基板を撮影する。こうして撮影は撮影開始時間で実施されることができる。
撮影された画像は画像処理回路29に送り出される。画像処理回路29では、撮影された画像から回路チップ上の認識マークの位置およびプリント回路基板上の認識マークの位置を検出する。検出された位置は位置信号に変換される。変換された位置信号は主制御回路26に送り出される。主制御回路26は位置信号に基づき回路チップ上の認識マークに対するプリント回路基板上の認識マークのずれ量を検出する。検出されたずれ量に基づき主制御回路26は作業テーブル12の移動の補正量を算出する。
算出された補正量に基づき主制御回路26は作業テーブル駆動回路28に制御信号を送り出す。制御信号を受け取った作業テーブル駆動回路28は作業テーブル12に電気信号を供給する。作業テーブル12は水平移動に基づき所定の位置に移動する。プリント回路基板上の認識マークは回路チップ上の認識マークに位置合わせされる。こうしてプリント回路基板上の回路チップの実装位置は回路チップに対して位置合わせされる。その後、撮像装置21は移動子22の水平移動に基づき作業テーブル12から遠ざかる。
続いて、主制御回路26は加圧装置制御回路27に制御信号を送り出す。制御信号に基づき加圧装置制御回路27はVCMに電流を供給する。電流の供給に基づき超音波ヘッド14の垂直移動は制御される。超音波ヘッド14は作業テーブル12に向かって下降する。超音波ヘッド14は所定の第2位置に位置決めされる。超音波ヘッド14およびプリント回路基板の間は所定の間隔で隔てられる。
その後、超音波ヘッド14は第2位置からさらに下降する。こうして超音波ヘッド14は回路チップをプリント回路基板に押し付ける。回路チップのボールバンプはプリント回路基板上の導電パッドに接触する。導電パッドには例えば銅といった導電材料が用いられる。回路チップがプリント回路基板の表面に押し付けられると、超音波ヘッド14はy軸方向に力センサ16を押し上げる。こうしてひずみゲージは変形する。変形に基づき変化した抵抗値は電気信号に変換される。変換された電気信号は力センサ16から加圧装置制御回路27に送り出される。加圧装置制御回路27は電気信号に基づき荷重を検出する。検出された荷重に基づき加圧装置制御回路27はVCMに電流を供給する。超音波ヘッド14の垂直移動が引き起こされる。荷重すなわち超音波ヘッド14の押し付け力は例えば回路チップおよびプリント回路基板に応じて所定値に制御される。
続いて、主制御回路26は超音波ヘッド14に電気信号を供給する。電気信号に基づき超音波発振器は超音波振動を発生させる。超音波振動は水平面に平行に超音波ヘッド14内を伝わる。発生した超音波振動は回路チップからボールバンプに伝達される。ボールバンプおよび導電パッドの接触面では超音波エネルギーに基づき塑性変形が引き起こされる。ボールバンプおよび導電パッドの接触面では酸化被膜が破壊される。ボールバンプおよび導電パッドの間で金属原子は互いに拡散する。ボールバンプおよび導電パッドは接合する。こうしていわゆる超音波接合が実現される。
続いて、加圧装置制御回路27はVCMに電流を供給する。超音波ヘッド14は上昇する。超音波ヘッド14は第2位置を通って元の第1位置に移動する。回路チップを搭載したプリント回路基板は作業テーブル12から取り外される。その後、実装装置11ではプリント回路基板および回路チップの搭載から接合処理が繰り返される。なお、プリント回路基板および回路チップの搭載から超音波接合までの一連の処理動作は例えば3秒間程度で実施されればよい。この3秒間に超音波振動に基づき回路チップはプリント回路基板に実装される。
以上のような実装装置11では、移動子22が停止すると、撮像ユニット24に作用する慣性力に基づき撮像ユニット24や移動子22は残留振動に曝される。撮像ユニット24や移動子22の残留振動は、位置センサ33から出力されるパルス信号すなわち波形信号37で検出されることができる。波形信号37に基づき残留振動の周期は特定される。こうした周期に基づき撮像機構25の撮影開始時間は設定されることができる。撮像機構25とプリント回路基板および回路チップとの間で位置誤差は解消されることができる。画像の認識の精度は高められることができる。残留振動中でも、撮像機構25は移動子22の停止から短時間で撮影し始めることができる。
しかも、波形信号37の検出にあたって、移動子22の移動を検出する位置センサ33が利用される。こういった位置センサ33は従来の実装装置にも組み込まれる。したがって、本発明は、従来の実装装置にも比較的に簡単に適用されることができる。その結果、撮影開始時間の設定は比較的に簡単な構造で実現されることができる。撮影開始時間の設定にあたって大がかりな装置や追加の部品は要求されない。撮像装置21すなわち実装装置11の製造コストは低減されることができる。特に、移動子や撮像ユニットで大きな残留振動が発生する実装装置では、例えば加圧装置や作業テーブルを残留振動に同調させる際、大がかりな駆動機構が要求される。実装装置は複雑化する。実装装置の製造コストは上昇してしまう。その一方で、本発明の実装装置11では、パルス信号に基づき残留振動が検出されれば、大きな残留振動中でも撮影に適した位置は特定されることができる。したがって、本発明は、比較的に簡単な構造の加工装置に特に効果的に適用されることができる。
その他、撮像ユニット24の振動周期の算出にあたって、波形信号37の振幅のpp(peak to peak)値が利用されてもよい。pp値は振幅の極大値と極小値とで規定される。振動周期は一定に規定されることから、pp値は一定の周期で検出されることができる。前述の波形信号37では、極大値から中心線38までの時間と中心線38から極小値までの時間とは同一に規定されることから、交差点の時間は比較的に簡単に算出されることができる。こうして交差点から交差点までの時間が検出されれば、将来の交差点の時間は予測されることができる。前述と同様に、予測される交差点の時間に基づき撮影開始位置は設定されればよい。こういった処理は前述の振動検出回路35で実施されればよい。
その他、撮像ユニット24の振動周期の算出にあたって、位置センサ33のパルス数が利用されてもよい。残留振動に基づき撮像ユニット24や移動子22が揺動すると、位置センサ33のパルス数は目標位置のパルス数から増減を繰り返す。増減するパルス数は残留振動の減衰に伴って減少する。前述されるように、固有振動周波数に基づき振動周期は一定に規定されることかれら、パルス数の増減は一定の周期で繰り返される。したがって、目標位置のパルス数が現れる時間は予測されることができる。こうして予測される時間が撮影開始位置に設定されればよい。こういった処理は前述の振動検出回路35で実施されればよい。
その他、撮影開始時間は撮像機構25の露光時間に応じて設定されてもよい。図4に示されるように、撮像装置制御回路31は演算回路39をさらに備えてもよい。演算回路39は撮像機構25の露光時間に応じて撮影開始時間を設定することができる。振動検出回路35はパルス信号を波形信号37に変換する。図5を併せて参照し、前述と同様に、振動検出回路35は波形信号37と中心線38との交差点の時間[t1]を予測する。演算回路39は、露光時間[tA]に基づき、予測される交差点の時間[t1]から露光時間[tA]の半分の時間だけ戻った時間[t2]を算出する。この時間[t2]が撮影開始時間に設定される。こうして設定された撮影開始時間[t2]に基づきトリガ信号が画像処理回路29に出力される。こうして撮影は撮影開始時間で実施されることができる。画像認識の精度は一層高められることができる。
その他、撮影開始時間は基準波形との比較に基づき設定されてもよい。基準波形の設定にあたって、前述と同様に、残留振動に基づき出力されたパルス信号は波形信号に変換される。例えば図6に示されるように、撮像装置制御回路31はメモリ41をさらに備えればよい。変換された波形信号は予め基準波形としてメモリ41に格納される。基準波形では前述の中心線が設定される。撮影開始時間の設定にあたって、振動検出回路35では波形信号と基準波形とが比較される。比較の結果、振動検出回路35は両者の対応関係を探り当てる。波形信号と基準波形とが一致すれば、波形信号は基準波形に基づき予測されることができる。予測に基づき交差点の時間は予測されることができる。こうして予測される交差点の時間に基づき撮影開始時間は設定される。基準波形との比較では前述の演算は必要とされないことから、撮影開始時間は比較的に短時間で設定されることができる。
以上のような実装装置11では、撮像装置制御回路31は、所定の処理プログラムに従って撮像機構25の撮影開始時間を設定してもよい。このとき、撮像装置制御回路31は、例えばCPU(中央処理演算装置)やRAM(ランダムアクセスメモリ)、不揮発性メモリといった記憶回路を備えればよい。処理プログラムは例えば不揮発性メモリに格納されればよい。CPUは処理プログラムをRAMに一時的に読み出せばよい。
22 移動子、23 支持部材、24 動作ユニット(撮像ユニット)、25 露光機構(撮像機構)、29 制御回路(撮像装置制御回路)、33 センサ(位置センサ)、37 波形(波形信号)。
Claims (5)
- 所定の案内経路に沿って移動する移動子と、移動子から延びる支持部材と、支持部材の先端に固定される動作ユニットと、移動子の移動を検出するセンサと、移動子の停止時にセンサから出力されるセンサ信号に基づき動作ユニットの作動開始時間を設定する制御回路とを備えることを特徴とする位置決め装置。
- 請求項1に記載の位置決め装置において、前記作動開始時間は、前記センサ信号の波形の周期に基づき設定されることを特徴とする位置決め装置。
- 請求項1に記載の位置決め装置において、前記動作ユニットは露光機構を備えることを特徴とする位置決め装置。
- 所定の案内経路に沿って移動する移動子の停止時に、移動子の移動を検出するセンサから出力されるセンサ信号の波形を観察する工程と、センサ信号の波形に基づき、移動子上に支持される動作ユニットの作動開始時間を設定する工程とを備えることを特徴とする位置決め装置の制御方法。
- 請求項4に記載の位置決め装置の制御方法において、前記作動開始時間は、前記センサ信号の波形の周期に基づき設定されることを特徴とする位置決め装置の制御方法。
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