JP4382649B2 - アライメントマーク認識方法，アライメントマーク認識装置および接合装置 - Google Patents

Description

本発明は，カメラにより撮像されたアライメントマークの画像とあらかじめ登録されたテンプレートデータとを比較処理することにより，アライメントマークの位置を認識するアライメントマーク認識方法に関するものである。

この技術は，ボンディング装置等に適用することができる。

通常，半導体チップやプリント基板などに載っているアライメントマーク（大きさは５０μｍ〜１００μｍ程度，形状は十字型，四角等いろいろある）は，非常に小さいものであり，ある程度の厚みを持っている。

図１２は，アライメントマークの例を示す図である。図１２に示すアライメントマークは，十字型のアライメントマークの例である。

このようなアライメントマークの位置を認識する技術には，様々なものがある。例えば，特許文献１，特許文献２には，アライメントマーク等のあるウエハ上にスリット状のスポット光を投射し，このスポット光に照射されたマークパターンからの回折光や散乱光を検出し，アライメントマーク等の認識を行う技術が記載されている。この特許文献１，特許文献２に記載されている技術は，焦点計測用マークの認識によってベストフォーカス位置を検出することを目的としている。

また，アライメントマークをカメラにより撮像し，得られた画像を解析することによりあるスライスレベルでのアライメントマークの形状を求め，その求めたアライメントマークの形状をテンプレートデータと比較することにより，アライメントマークの位置を認識する技術がある。この技術において，求められたアライメントマークの形状やテンプレートデータは，２次元（以下，２Ｄともいう）のデータである。

図１３は，アライメントマークのスライスイメージを示す図である。図１３は，図１２のアライメントマークをあるスライスレベルでスライスしたときの形状を表している。図１３中の色の濃い部分が，このスライスレベルでのアライメントマークの形状である。
特開平０９−０８２６２０号公報 特開平０６−２１６００４号公報

メッキ等の厚みのあるアライメントマークは，その材質や製造工程においてエッジを精鋭化することが困難であり，エッジ部分に丸みが発生してしまうため，どこがエッジ部分であるのかがはっきりとわからなくなってしまう場合がある。図１２の例でも，アライメントマークのエッジ部分は丸みを帯びている。このようなエッジの丸みは，アライメントマークの製造上の変形やキズなどにより，一様ではなく，アライメントマークごとにバラツキがあるのが普通である。

前述の２Ｄのアライメントマークの形状からアライメントマークの位置を認識する技術では，取得したスライスレベルでアライメントマークの形状に凹みや欠けなどがあった場合に，真の位置でのアライメントマークの認識ができなくなってしまう可能性がある。

本発明は，上記の問題点の解決を図り，形状が完全には一様でないアライメントマークでも，高い精度でアライメントマークの位置を認識することが可能なアライメントマーク認識方法を提供することを目的とする。

本発明は，上記の課題を解決するため，複数の画像データからアライメントマークの３次元（以下，３Ｄともいう）のデータを取得し，それと３次元のテンプレートデータとを照合することにより，アライメントマークの位置を認識することを特徴とする。

本発明では，まず，カメラの高さを変化させてアライメントマークを撮像することで，複数のスライスレベルでの画像を取得する。それぞれのスライスレベルで撮像した画像について，アライメントマークの形状を特定する。次に，各スライスレベルの画像から求められたアライメントマークの形状をもとにアライメントマークの３次元モデルを生成し，それとあらかじめ登録されたアライメントマークの３次元のテンプレートデータとを照合することにより，アライメントマークの位置を認識する。

また，それぞれのスライスレベルの形状から生成された３次元のモデルを用いて３次元のテンプレートデータを照合するのではなく，各スライスレベルごとにアライメントマークのエッジの位置や形状の特徴を示す特徴点の位置を求め，それらのエッジや特徴点の位置とあらかじめ登録された３次元のテンプレートデータとを照合することにより，アライメントマークの位置を認識するようにしてもよい。

また，単に撮像した画像の輝度情報を用いて３次元のモデルを作成するのではなく，カラーで撮像した画像を複数の色（例えば，Ｒ・Ｇ・Ｂの３原色）の画像に分解し，それぞれの色について別々に３次元のモデルを作成して３次元のテンプレートデータと照合することにより，アライメントマークの位置を認識するようにしてもよい。

また，カメラの高さを変化させて撮像することにより複数のスライスレベルでの画像を取得するのではなく，レンズのフォーカス位置を変化させて撮像することにより複数のスライスレベルでの画像を取得し，それらの画像を用いてアライメントマークの位置を認識するようにしてもよい。

また，１台のカメラでの撮像によりアライメントマークの３次元データを取得するのではなく，複数のカメラを用いた撮像によりアライメントマークの３次元データを取得し，アライメントマークの位置を認識するようにしても，高精度に位置を認識することができる。

本発明によって，輪郭が不明瞭なために生じる位置認識誤差を低減することができる。また，照明の照射具合やアライメントマークの表面の光沢の変化などにより生じる位置認識誤差を低減することができる。さらに，色別に情報を比較することで，アライメントマークの材質の違いを判別することができる。

このように，２次元データに比べて３次元データでは情報量が多いため，一部の情報が欠落していても，安定したアライメントマークの認識を行うことができる。

以下，本発明の実施の形態について，図を用いて説明する。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の形態１では，カメラの高さを変えながらアライメントマークを撮像し，それらの画像から，高さが異なる複数のスライスレベルでのアライメントマークの形状を測定し，その測定データから３Ｄモデルを生成して３Ｄテンプレートデータと比較することにより，アライメントマークの位置を認識する。

図１は，本発明の実施の形態１におけるアライメントマーク認識装置の構成例を示す図である。図１の例のアライメントマーク認識装置は，コンピュータとソフトウェアプログラム等によって構成される画像処理部１０と，プリント基板上のアライメントマークを撮像するカメラやレンズ等からなる撮像ユニット２０と，プリント基板を搭載するアライメントステージ３０とから構成される。

画像処理部１０は，画像入力部１１と，形状認識処理部１２と，カメラ位置制御部１３と，測定データ記憶部１４と，３Ｄモデル生成部１５と，３Ｄ相関演算部１６と，３Ｄテンプレートデータ記憶部１７とを備える。

画像入力部１１は，撮像ユニット２０により撮像されたアライメントマークの画像を入力する。形状認識処理部１２は，画像入力部１１が入力した画像からアライメントマークの形状を測定し，その測定データを測定データ記憶部１４に格納する。カメラ位置制御部１３は，撮像ユニット２０のカメラの位置（高さ）を制御する。

３Ｄモデル生成部１５は，測定データ記憶部１４の測定データをもとに，アライメントマークの３Ｄモデルを生成する。３Ｄ相関演算部１６は，生成された３Ｄモデルと３Ｄテンプレートデータ記憶部１７にあらかじめ記憶された３Ｄテンプレートデータとの相関処理を行い，その結果を出力する。

図２は，本実施の形態１におけるアライメントマーク認識処理フローチャートである。ここでは，カメラの高さを変えてアライメントマークをＮ回撮像する。このとき，カメラのフォーカス位置は固定とする。また，カメラ高さ変数ｉを用いて，カメラの高さをｈ［ｉ］（ｉ＝０，１，... ，Ｎ−１）と表すものとする。

まず，カメラ高さ変数ｉを初期化（ここでは，ｉ＝０）する（ステップＳ１０）。次に，カメラの高さをｈ［ｉ］に設定し（ステップＳ１１），アライメントマークを撮像する（ステップＳ１２）。

得られた画像においてフォーカスが合っている箇所を選定し，その画像でのアライメントマークの形状を求める（ステップＳ１３）。画像上では，エッジ部分においてフォーカスが合っている部分は輝度の変化が急峻になり，フォーカスが合っていない部分はなだらかになる。そこで，画像解析を行い，輝度の変化が急峻になる位置を求めることにより，アライメントマークの形状を求めることができる。求めたアライメントマークの形状を，そのスライスレベルでの測定データとして，測定データ記憶部１４に格納する（ステップＳ１４）。

カメラ高さ変数ｉをインクリメントし（ステップＳ１５），すべての測定が完了したか（ｉ≧Ｎであるか）を判定し（ステップＳ１６），まだ完了していなければ，ステップＳ１１からステップＳ１５の処理を繰り返す。このように，カメラの高さを変えて順々に各スライスレベルのアライメントマークの形状を求め，その測定データを測定データ記憶部１４に格納していく。

ステップＳ１６においてすべての測定が完了していれば，測定データ記憶部１４に格納された各スライスレベルでの測定データから，アライメントマークの３Ｄモデルを生成する（ステップＳ１７）。各スライスレベルでの測定データは，アライメントマークのエッジ部分のデータであるので，それらを積み上げることにより，アライメントマークの３Ｄの形状のモデルができあがる。

図３は，本実施の形態１におけるアライメントマークの３Ｄモデルの例を説明する図である。例えば，図１２に示すような十字型のアライメントマークを側面から見ると，図３（Ａ）のようになる。ここで，カメラの高さを高い方から低い方に３段階で変えてアライメントマークの撮像を行い，フォーカスが合う位置のスライスレベルを，カメラ位置の高い順に，スライスレベル１，スライスレベル２，スライスレベル３とする。

それぞれのスライスレベルでのアライメントマークの形状は，図３（Ｂ）のようになる。それらの形状データを積み上げることにより，図３（Ｃ）に示すようなアライメントマークの３Ｄモデルを生成することができる。

生成された３Ｄモデルと，３Ｄテンプレートデータ記憶部１７にあらかじめ登録された３Ｄテンプレートデータとの相関処理を行い（ステップＳ１８），最も相関度が高い位置を求めることにより（ステップＳ１９），アライメントマークの位置を認識する。

ここで，３Ｄモデルと３Ｄテンプレートデータとの相関処理について説明する。

図４は，３Ｄテンプレートデータの例を説明する図である。本実施の形態１で用いているアライメントマークは，十字型の形状であるが，ここでは説明をわかりやすくするために，３Ｄテンプレートデータとして，図４に示すような面Ｆ１からＦ５で構成される構造体の例で説明する。下面は上方から撮像した場合に死角になるため，データから除外している。

３Ｄテンプレートデータを，各面を構成する座標と輝度のデータとする。平面を構成する点データの集合としてもよい。３ＤテンプレートデータをＦｎの集合とし，
Ｔｆ＝｛Ｆ１，Ｆ２，... ，Ｆ５｝
Ｆｎ＝｛頂点座標，面の輝度値｝
と定義する。

アライメントマークの測定データ（３Ｄモデル）は，カメラの高さをｚ方向にｄｚずつ変化させたときに得られるアライメントマークの形状情報，すなわち，輝度変化の大きい点ＰＤ（ｘ，ｙ，ｚ）の集合である。

ここで，３Ｄテンプレートデータを点ＰＴ（ｘ，ｙ，ｚ）の集合とし，ＰＴ（ｘ，ｙ，ｚ）を上記のＴｆから抽出する。このとき，３Ｄテンプレートデータの形状内部の座標にも，あらかじめ定められた輝度値を設定する。

ＰＤ（ｘ，ｙ，ｚ），ＰＴ（ｘ，ｙ，ｚ）は，例えば，モノクロの場合には，８bit データで０〜２５５の２５６階調の明るさで表される。また，カラーの場合には，２４bit データで，Ｒ・Ｇ・Ｂがそれぞれ８bit で表される。

ＰＤ（ｘ，ｙ，ｚ）とＰＴ（ｘ，ｙ，ｚ）の各構成点が持つ輝度値の誤差の二乗和をＤ（ｕ，ｖ，ｑ，α，β，γ）とすると，Ｄ（ｕ，ｖ，ｑ，α，β，γ）は以下の式（１）で表すことができる。なお，３Ｄモデルと３Ｄテンプレートデータとの大きさが異なる場合には，３Ｄテンプレートデータを拡大・縮小してから以下の計算を行うものとする。

ただし，
ＰＤ（ｘ，ｙ，ｚ）：測定データ（輝度値）
ＰＴ（ｘ，ｙ，ｚ）：３Ｄテンプレートデータ（輝度値）
Ｇ（α，β，γ） ：回転アフィン変換係数
とし，Ｇ（α，β，γ）≠０とする。

式（１）において，Ｄ（ｕ，ｖ，ｑ，α，β，γ）が最小となる座標（ｕ，ｖ，ｑ），回転姿勢（α，β，γ）が，最も相関がとれていると言える。これらの結果から，図１に示すアライメントステージ３０上のアライメントマークの正確な位置を決定することができる。

〔実施の形態２〕
本発明の実施の形態２では，カメラの高さを変えながらアライメントマークを撮像し，それらの画像からアライメントマークの特徴点の位置を測定し，その測定データ（３Ｄの特徴点の位置）と３Ｄテンプレートデータとを比較することにより，アライメントマークの位置を認識する。

図５は，本発明の実施の形態２におけるアライメントマーク認識装置の構成例を示す図である。図５の例のアライメントマーク認識装置は，コンピュータとソフトウェアプログラム等によって構成される画像処理部４０と，プリント基板上のアライメントマークを撮像するカメラ，レンズ等からなる撮像ユニット２０と，プリント基板を搭載するアライメントステージ３０とから構成される。

画像処理部４０は，画像入力部４１と，特徴点認識処理部４２と，カメラ位置制御部４３と，測定データ記憶部４４と，マッチング処理部４５と，３Ｄテンプレートデータ記憶部４６とを備える。

画像入力部４１は，撮像ユニット２０により撮像されたアライメントマークの画像を入力する。特徴点認識処理部４２は，画像入力部４１が入力した画像からアライメントマークの特徴点の位置を測定し，その測定データを測定データ記憶部４４に格納する。カメラ位置制御部４３は，撮像ユニット２０のカメラの位置（高さ）を制御する。

マッチング処理部４５は，最小二乗法の計算方法を応用することにより，測定データ記憶部４４の測定データと，３Ｄテンプレートデータ記憶部４６にあらかじめ記憶された３Ｄテンプレートデータとのマッチング処理を行い，その結果を出力する。

図６は，本実施の形態２におけるアライメントマーク認識処理フローチャートである。この例は，カメラの高さを変えてアライメントマークをＮ回撮像し，それぞれの画像のアライメントマークのエッジ等に現れる特徴点の位置を抽出する場合の例である。ここでは，カメラ高さ変数ｉを用いて，カメラの高さをｈ［ｉ］（ｉ＝０，１，... ，Ｎ−１）と表すものとする。

まず，カメラ高さ変数ｉを初期化（ここでは，ｉ＝０）する（ステップＳ２０）。次に，カメラの高さをｈ［ｉ］に設定し（ステップＳ２１），アライメントマークを撮像する（ステップＳ２２）。

得られた画像において，エッジ等の特徴点の位置を算出する（ステップＳ２３）。例えば，自己相関をとることにより，画像から特徴点を抽出することができる。画像から特徴点を抽出する方法は，種々のものが既に知られており，どのような方法を用いてもよい。抽出された特徴点の位置のデータを測定データとして測定データ記憶部４４に格納する（ステップＳ２４）。

カメラ高さ変数ｉをインクリメントし（ステップＳ２５），すべての測定が完了したか（ｉ≧Ｎであるか）を判定し（ステップＳ２６），まだ完了していなければ，ステップＳ２１からステップＳ２５の処理を繰り返す。このように，カメラの高さを変えて３次元的にアライメントマークの特徴点の位置を取得し，その測定データを測定データ記憶部４４に格納していく。

ステップＳ２６においてすべての測定が完了していれば，測定データ記憶部４４に格納された測定データ（特徴点の位置データ）と，３Ｄテンプレートデータ記憶部４６にあらかじめ登録された３Ｄテンプレートデータとの距離を，最小二乗法の計算方法の応用によって求め（ステップＳ２７），その結果が最小となる位置を求めることにより（ステップＳ２８），アライメントマークの位置を認識する。

ここで，ステップＳ２３の特徴点の決め方について説明する。特徴点を決める方法は複数あるが，ここでは局所相関演算を用いて求める方法を例として示す。

図７は，局所相関演算の例を説明する図である。図７に示す画像において，局所領域Ｒ（ｍ×ｎ画素）について考える。ここでの局所相関演算とは，図７に示す画像の任意の局所領域Ｒ（ｍ×ｎ画素）について，その周辺の領域Ｓ（−ｐ〜＋ｑ，−ｐ〜＋ｑ）内のｍ×ｎ画素領域との輝度差の総和を求めることである。領域Ｒの輝度値をＩ（ｘ，ｙ）とし，その周辺領域Ｓ内のｍ×ｎ画素領域の輝度値をＩ（ｘ＋ｕ，ｙ＋ｖ）とすると，領域Ｒとその周辺領域Ｓ内のｍ×ｎ画素領域との輝度差の総和Ｄ（ｕ，ｖ）は，以下の式（２）で表される。ただし，−ｐ≦ｕ≦ｑ，−ｐ≦ｖ≦ｑである。

式（２）によって，−ｐ≦ｕ≦ｑ，−ｐ≦ｖ≦ｑを満たすすべてのｕとｖの組み合わせについてＤ（ｕ，ｖ）を求めることにより，領域Ｒの領域Ｓ内での相関値マップを得る。特徴判定には，自己相関値分布を用いる。ここでの自己相関値分布とは，上記の局所相関演算により得られた相関値マップを示す。この相関値マップに対し，以下の判定処理を行う。
（１）相関値マップの，原点８近傍（原点を除く）の最小相関値Ｄ１を得る。
（２）原点の±ｅの範囲を囲む四角形の４辺上での最小相関値Ｄ０を求める。
（３）Ｄ＝Ｄ０−Ｄ１を特徴度とする。

ここで，特徴度Ｄは大きいほど特徴があることを意味する。Ｄ＞Ｄｔの場合について座標（ｘ，ｙ）は特徴点とする。なお，Ｄｔは判定の閾値であり，任意の値が設定されているものとする。以上のように，画面全体を細分化した各局所領域について各々特徴判定を行なうことで，特徴点を求めることができる。

次に，ステップＳ２７，ステップＳ２８における測定データと３Ｄテンプレートデータとのマッチング処理の手法について説明する。この手法は，最小二乗法の計算方法を応用したものである。

図８は，本実施の形態２における測定データと３Ｄテンプレートデータとのマッチング処理を説明する図である。３Ｄテンプレートデータをある高さでスライスしたものは，テンプレート図形を構成する頂点座標をもとに算出された線分の集合で表現することができる。例えば，前述の図４のような形状の３Ｄテンプレートデータを，高さＺ＝ｈ１でスライスした場合の平面で考える。この場合，スライス平面でのテンプレートは，図８に示すような直線ｆｎ（ｎ＝１，２，３，４）の集合で表現できる。

ここで，高さＺ＝ｈ１のスライスでの測定データ（特徴点の位置データ）をＤｉ（ｘ，ｙ，ｚ）とする。また，各測定データＤｉについて，それぞれどの直線ｆｎに対応するかを決めておく。

各直線ｆｎについて，対応する各測定データＤｉとの距離を計測し，直線ｆｎに対応するすべての測定データＤｉとの距離の積算値Ｓｎ（ｎ＝１，２，３，４；直線ｆｎに対応）を求める。さらに，Ｓｎの積算値ΣＳｎ（＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）を求め，Ｓh1とする。すなわち，高さＺがＺ＝ｈ１の場合の距離値をＳh1＝ΣＳｎとする。同様に高さを変えたＺ＝ｈｍ（ｍ＝１，２，... ）の場合の距離値をＳhmとする。

さらに，それらの距離値Ｓhmの積算値をＳ（ｕ，ｖ，ｑ）＝ΣＳhj（ｊ＝１，... ，ｍ）とする。ここで，（ｕ，ｖ，ｑ）は，テンプレートの初期位置を（０，０，０）とした場合のオフセット量である。このようにして求めたＳ（ｕ，ｖ，ｑ）が最小となる（ｕ，ｖ，ｑ）が，求めるマッチング位置となる。

この例では，アライメントマークを撮像した画像上の特徴点を用いて３Ｄテンプレートデータとのマッチング位置を求めたが，同様にアライメントマークのエッジの特徴（線分）からマッチング位置を求めることもできる。

〔実施の形態３〕
本発明の実施の形態３では，前述の実施の形態１のアライメントマーク認識方法において，撮像により得られた画像がカラー画像であるものとし，得られたカラー画像をＲ・Ｇ・Ｂの３原色に色分解して３つの画像を生成し，Ｒ・Ｇ・Ｂそれぞれの画像について前述の実施の形態１におけるアライメントマークの認識処理を行い，得られたＲ・Ｇ・Ｂのそれぞれの相関結果をもとに，アライメントマークの位置を認識する。

図９は，カラー画像を３原色に分割する場合の例を示す図である。本実施の形態３では，前述の実施の形態１における図２のステップＳ１２において得られた画像（この場合は，カラー画像）は，図９に示すように，プレーンＲ（赤の画像），プレーンＧ（緑の画像），プレーンＢ（青の画像）の３原色の画像にそれぞれ分解される。

得られたそれぞれの画像について，アライメントマークの形状を求め（図２のステップＳ１３），測定データを測定データ記憶部１４に格納する（図２のステップＳ１４）。本実施の形態３でも，前述の実施の形態１と同様に，複数のスライスレベルでのアライメントマークの形状をＲ・Ｇ・Ｂの各画像ごとに求め，その測定データを測定データ記憶部１４に格納する。

測定データ記憶部１４に格納された測定データから，各色（Ｒ・Ｇ・Ｂ）ごとの３Ｄモデルを生成し（図２のステップＳ１７），各色の３Ｄモデルごとに３Ｄテンプレートデータとの相関処理を行い（図２のステップＳ１８），その各色ごとの相関結果をもとにアライメントマークの位置を認識する。

例えば，各色ごとの相関処理により３つの相関結果（最も相関がある位置）を求め，それらの平均を取ることにより得られた位置をアライメントマークの位置として認識してもよいし，上記の式（１）で各色ごとの最小となるＤ（ｕ，ｖ，ｑ，α，β，γ）を求め，その３つのＤ（ｕ，ｖ，ｑ，α，β，γ）の中で最も小さいＤ（ｕ，ｖ，ｑ，α，β，γ）における位置をアライメントマークの位置として認識してもよい。

〔実施の形態４〕
本発明の実施の形態４では，前述の実施の形態１，実施の形態２，実施の形態３において，カメラの高さを変えずに，レンズのフォーカス位置を変えて複数の画像を撮像し，前述の実施の形態１，実施の形態３におけるアライメントマークの３Ｄモデルや前述の実施の形態２におけるアライメントマークの特徴点の位置を求め，３Ｄテンプレートデータと比較することにより，アライメントマークの位置を認識する。

この場合，図１におけるカメラ位置制御部１３や図５におけるカメラ位置制御部４３は，カメラの位置を制御する替わりに，レンズのフォーカス位置を制御する。

〔実施の形態５〕
本発明の実施の形態５では，複数のカメラを用いてアライメントマークの画像を撮像し，得られた複数のカメラで撮像された画像を利用して，前述の実施の形態１，実施の形態３におけるアライメントマークの３Ｄモデルや前述の実施の形態２におけるアライメントマークの特徴点を求め，３Ｄテンプレートデータと比較することにより，アライメントマークの位置を認識する。

図１０は，実施の形態５における複数カメラによる撮像の例を示す図である。図１０の例では，撮像ユニット２０ａ，撮像ユニット２０ｂの２台のカメラによりアライメントマークを撮像している。なお，カメラの数は，３台以上であってもよい。

例えば，アライメントマークの上面方向から撮像する１台のカメラとアライメントマークの４側面を斜め方向から撮像する４台のカメラとの合計５台のカメラを用いてアライメントマークを撮像し，得られた画像からアライメントマークの形状を特定したり，エッジ部分や特徴点の位置を求めたりすることにより，アライメントマークの位置を認識する。なお，この例では，カメラごとに求められた位置は，共通の空間座標に置き換えられ，１つのデータとして統合されるものとする。

以上，本発明の実施の形態について，いくつか例を挙げて説明した。このような，アライメントマークの認識技術は，ボンディング装置等に用いることができる。

プリント基板の上にＬＳＩ等の半導体チップを接合するボンディング装置には，上から圧力をかけて金属面と金属面とを接合するものや，超音波を使って金属面と金属面とを接合するものなどがある。

図１１は，超音波接合装置の構成例を示す図である。超音波を使って金属面と金属面とを接合する超音波接合装置は，プリント基板に接合する半導体チップの上からある程度の圧力をかけ，５０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度で振動させ，金属と金属とを融合させて接合する。

図１１の例に示す超音波接合装置は，加圧機構１０１，加圧制御部１０２，超音波ヘッド１０３，超音波発振器１０４，アライメント機構１０５，アライメント機構制御部１０６，撮像ユニット１０７，撮像ユニット移動機構１０８，撮像ユニット移動機構制御部１０９，画像処理部１１０，メインコントローラ１１１から構成される。

加圧機構１０１は，超音波ヘッド１０３と連結し，指定された力で加圧する。加圧制御部１０２は，加圧機構１０１における圧力，移動速度，加速度等の各種動作を制御する。超音波ヘッド１０３は，ヘッド先端に半導体チップ吸着機構を持ち，高周波で発振する。超音波発振器１０４は，超音波ヘッド１０３を指定した周波数，振幅で発振させる。

アライメント機構１０５は，Ｘ軸，Ｙ軸，θ軸の精密ステージと球面座とから構成され，プリント基板を上面に搭載・固定し，アライメントする。図１，図５におけるアライメントステージ３０が，このアライメント機構１０５にあたる。アライメント機構制御部１０６は，アライメント機構１０５の位置・姿勢を制御する。

撮像ユニット１０７は，レンズ，照明，カメラ等から構成され，超音波ヘッド１０３に吸着した半導体チップのアライメントマークや，アライメント機構１０５に搭載したプリント基板のアライメントマークを撮像する。図１，図５，図１０における撮像ユニット２０が，この撮像ユニット１０７にあたる。

撮像ユニット移動機構１０８は，撮像ユニット１０７の位置を調整するためにＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の精密ステージから構成され，アライメント機構１０５に固定されたプリント基板のアライメントマークの位置や，超音波ヘッド１０３に吸着された半導体チップのアライメントマークの位置に，撮像ユニット１０７を移動する。撮像ユニット移動機構制御部１０９は，撮像ユニット移動機構１０８の位置を制御する。

画像処理部１１０は，撮像ユニット１０７で撮像された画像から，アライメントマークの位置の計測等を行う。図１，図５における画像処理部１０，４０が，この画像処理部１１０にあたる。

メインコントローラ１１１は，加圧制御部１０２，超音波発振器１０４，画像処理部１１０，撮像ユニット移動機構制御部１０９，アライメント機構制御部１０６を管理し，超音波接合装置全体を制御する。

以上説明した本発明の実施の形態の特徴をまとめると，以下のとおりとなる。

（付記１）アライメントマークの位置を認識するためのアライメントマーク認識方法であって，
カメラの高さを変えて撮像された複数枚のアライメントマークの画像を入力する過程と，
前記複数枚のアライメントマークの画像から，各カメラの高さに応じた複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの形状を取得する過程と，
前記取得した複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの形状から，アライメントマークの３次元のモデルを生成する過程と，
前記生成されたアライメントマークの３次元のモデルと，あらかじめ記憶装置に登録されたアライメントマークの３次元のテンプレートデータとを照合することにより，前記３次元のモデルと前記３次元のテンプレートデータとのマッチング位置を求めてアライメントマークの位置を認識する過程とを有する
ことを特徴とするアライメントマーク認識方法。

（付記２）付記１に記載のアライメントマーク認識方法において，
前記入力された複数枚のアライメントマークの画像を，それぞれの画像ごとに複数の色の画像に分解し，各色ごとのアライメントマークの複数の画像を生成する過程を有し，
前記複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの形状を取得する過程では，前記各色ごとのアライメントマークの複数の画像から，各色ごとの複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの形状を取得し，
前記アライメントマークの３次元のモデルを生成する過程では，前記取得した各色ごとの複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの形状から，各色ごとのアライメントマークの３次元のモデルを生成し，
前記アライメントマークの位置を認識する過程では，各色ごとに生成された前記アライメントマークの３次元のモデルとあらかじめ記憶装置に登録されたアライメントマークの３次元のテンプレートデータとを照合し，その照合結果をもとにアライメントマークの位置を認識する
ことを特徴とするアライメントマーク認識方法。

（付記３）アライメントマークの位置を認識するためのアライメントマーク認識方法であって，
カメラの高さを変えて撮像された複数枚のアライメントマークの画像を入力する過程と，
前記複数枚のアライメントマークの画像から，各カメラの高さに応じた複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの特徴点またはエッジを取得する過程と，
前記取得した複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの特徴点またはエッジの位置と，あらかじめ記憶装置に登録されたアライメントマークの３次元のテンプレートデータとを照合することにより，前記特徴点またはエッジの位置と前記３次元のテンプレートデータとのマッチング位置を求めてアライメントマークの位置を認識する過程とを有する
ことを特徴とするアライメントマーク認識方法。

（付記４）付記３に記載のアライメントマーク認識方法において，
前記入力された複数枚のアライメントマークの画像を，それぞれの画像ごとに複数の色の画像に分解し，各色ごとのアライメントマークの複数の画像を生成する過程を有し，
前記複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの特徴点またはエッジを取得する過程では，前記各色ごとのアライメントマークの複数の画像から，各色ごとの複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの特徴点またはエッジを取得し，
前記アライメントマークの位置を認識する過程では，前記色ごとに取得されたアライメントマークの特徴点またはエッジの位置と，あらかじめ記憶装置に登録されたアライメントマークの３次元のテンプレートデータとを照合し，その照合結果をもとにアライメントマークの位置を認識する
ことを特徴とするアライメントマーク認識方法。

（付記５）付記１から付記４までのいずれかに記載のアライメントマーク認識方法において，
前記カメラの高さを変えて撮像された複数枚のアライメントマークの画像を入力する代わりに，カメラのレンズのフォーカス位置を変えて撮像された複数枚のアライメントマークの画像を入力し，
前記複数のスライスレベルを，各カメラの高さに代えて前記フォーカス位置に基づいて決定する
ことを特徴とするアライメントマーク認識方法。

（付記６）付記１から付記５までのいずれかに記載のアライメントマーク認識方法において，
前記複数枚のアライメントマークの画像を入力する過程では，
複数台のカメラで撮像された画像を入力する
ことを特徴とするアライメントマーク認識方法。

（付記７）アライメントマークの位置を認識するためのアライメントマーク認識装置であって，
カメラの高さを変えて撮像された複数枚のアライメントマークの画像を入力する手段と，
前記複数枚のアライメントマークの画像から，各カメラの高さに応じた複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの形状を取得する手段と，
前記取得した複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの形状から，アライメントマークの３次元のモデルを生成する手段と，
前記生成されたアライメントマークの３次元のモデルと，あらかじめ記憶装置に登録されたアライメントマークの３次元のテンプレートデータとを照合することにより，前記３次元のモデルと前記３次元のテンプレートデータとのマッチング位置を求めてアライメントマークの位置を認識する手段とを備える
ことを特徴とするアライメントマーク認識装置。

（付記８）アライメントマークの位置を認識するためのアライメントマーク認識装置であって，
カメラの高さを変えて撮像された複数枚のアライメントマークの画像を入力する手段と，
前記複数枚のアライメントマークの画像から，各カメラの高さに応じた複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの特徴点またはエッジを取得する手段と，
前記取得した複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの特徴点またはエッジの位置と，あらかじめ記憶装置に登録されたアライメントマークの３次元のテンプレートデータとを照合することにより，前記特徴点またはエッジの位置と前記３次元のテンプレートデータとのマッチング位置を求めてアライメントマークの位置を認識する手段とを備える
ことを特徴とするアライメントマーク認識装置。

（付記９）アライメントマークを用いて第１の接合対象と第２の接合対象との位置合わせを行い，それらを接合する接合装置であって，
カメラの高さを変えて前記第１または第２の接合対象上のアライメントマークの画像を複数枚撮像する手段と，
前記撮像された複数枚のアライメントマークの画像を入力する手段と，
前記複数枚のアライメントマークの画像から，各カメラの高さに応じた複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの形状を取得する手段と，
前記取得した複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの形状から，アライメントマークの３次元のモデルを生成する手段と，
前記生成されたアライメントマークの３次元のモデルと，あらかじめ記憶装置に登録されたアライメントマークの３次元のテンプレートデータとを照合することにより，前記３次元のモデルと前記３次元のテンプレートデータとのマッチング位置を求めてアライメントマークの位置を認識する手段と，
前記認識したアライメントマークの位置に基づき，前記第１の接合対象と前記第２の接合対象との位置合わせを行う手段とを備える
ことを特徴とする接合装置。

（付記１０）アライメントマークを用いて第１の接合対象と第２の接合対象との位置合わせを行い，それらを接合する接合装置であって，
カメラの高さを変えて前記第１または第２の接合対象上のアライメントマークの画像を複数枚撮像する手段と，
前記撮像された複数枚のアライメントマークの画像を入力する手段と，
前記複数枚のアライメントマークの画像から，各カメラの高さに応じた複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの特徴点またはエッジを取得する手段と，
前記取得した複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの特徴点またはエッジの位置と，あらかじめ記憶装置に登録されたアライメントマークの３次元のテンプレートデータとを照合することにより，前記特徴点またはエッジの位置と前記３次元のテンプレートデータとのマッチング位置を求めてアライメントマークの位置を認識する手段と，
前記認識したアライメントマークの位置に基づき，前記第１の接合対象と前記第２の接合対象との位置合わせを行う手段とを備える
ことを特徴とする接合装置。

本発明の実施の形態１におけるアライメントマーク認識装置の構成例を示す図である。 本実施の形態１におけるアライメントマーク認識処理フローチャートである。 本実施の形態１におけるアライメントマークの３Ｄモデルの例を説明する図である。 ３Ｄテンプレートデータの例を説明する図である。 本発明の実施の形態２におけるアライメントマーク認識装置の構成例を示す図である。 本実施の形態２におけるアライメントマーク認識処理フローチャートである。 局所相関演算の例を説明する図である。 本実施の形態２における測定データと３Ｄテンプレートデータとのマッチング処理を説明する図である。 カラー画像を３原色に分割する場合の例を示す図である。 実施の形態５における複数カメラによる撮像の例を示す図である。 超音波接合装置の構成例を示す図である。 アライメントマークの例を示す図である。 アライメントマークのスライスイメージを示す図である。

符号の説明

１０ 画像処理部
１１ 画像入力部
１２ 形状認識処理部
１３ カメラ位置制御部
１４ 測定データ記憶部
１５ ３Ｄモデル生成部
１６ ３Ｄ相関演算部
１７ ３Ｄテンプレートデータ記憶部
２０ 撮像ユニット
３０ アライメントステージ
４０ 画像処理部
４１ 画像入力部
４２ 特徴点認識処理部
４３ カメラ位置制御部
４４ 測定データ記憶部
４５ マッチング処理部
４６ ３Ｄテンプレートデータ記憶部
１０１ 加圧機構
１０２ 加圧制御部
１０３ 超音波ヘッド
１０４ 超音波発振器
１０５ アライメント機構
１０６ アライメント機構制御部
１０７ 撮像ユニット
１０８ 撮像ユニット移動機構
１０９ 撮像ユニット移動機構制御部
１１０ 画像処理部
１１１ メインコントローラ

Claims (5)

1. アライメントマークの位置を認識するためのアライメントマーク認識方法であって，
   カメラの高さを変えて撮像された複数枚のアライメントマークの画像を入力する過程と，
   前記複数枚のアライメントマークの画像から，各カメラの高さに応じた複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの形状を取得する過程と，
   前記取得した複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの形状から，アライメントマークの３次元のモデルを生成する過程と，
   前記生成されたアライメントマークの３次元のモデルと，あらかじめ記憶装置に登録されたアライメントマークの３次元のテンプレートデータとを照合することにより，前記３次元のモデルと前記３次元のテンプレートデータとのマッチング位置を求めてアライメントマークの位置を認識する過程とを有する
   ことを特徴とするアライメントマーク認識方法。
2. アライメントマークの位置を認識するためのアライメントマーク認識方法であって，
   カメラの高さを変えて撮像された複数枚のアライメントマークの画像を入力する過程と，
   前記複数枚のアライメントマークの画像から，各カメラの高さに応じた複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの特徴点またはエッジを取得する過程と，
   前記取得した複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの特徴点またはエッジの位置と，あらかじめ記憶装置に登録されたアライメントマークの３次元のテンプレートデータとを照合することにより，前記特徴点またはエッジの位置と前記３次元のテンプレートデータとのマッチング位置を求めてアライメントマークの位置を認識する過程とを有する
   ことを特徴とするアライメントマーク認識方法。
3. アライメントマークの位置を認識するためのアライメントマーク認識装置であって，
   カメラの高さを変えて撮像された複数枚のアライメントマークの画像を入力する手段と，
   前記複数枚のアライメントマークの画像から，各カメラの高さに応じた複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの形状を取得する手段と，
   前記取得した複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの形状から，アライメントマークの３次元のモデルを生成する手段と，
   前記生成されたアライメントマークの３次元のモデルと，あらかじめ記憶装置に登録されたアライメントマークの３次元のテンプレートデータとを照合することにより，前記３次元のモデルと前記３次元のテンプレートデータとのマッチング位置を求めてアライメントマークの位置を認識する手段とを備える
   ことを特徴とするアライメントマーク認識装置。
4. アライメントマークの位置を認識するためのアライメントマーク認識装置であって，
   カメラの高さを変えて撮像された複数枚のアライメントマークの画像を入力する手段と，
   前記複数枚のアライメントマークの画像から，各カメラの高さに応じた複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの特徴点またはエッジを取得する手段と，
   前記取得した複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの特徴点またはエッジの位置と，あらかじめ記憶装置に登録されたアライメントマークの３次元のテンプレートデータとを照合することにより，前記特徴点またはエッジの位置と前記３次元のテンプレートデータとのマッチング位置を求めてアライメントマークの位置を認識する手段とを備える
   ことを特徴とするアライメントマーク認識装置。
5. アライメントマークを用いて第１の接合対象と第２の接合対象との位置合わせを行い，それらを接合する接合装置であって，
   カメラの高さを変えて前記第１または第２の接合対象上のアライメントマークの画像を複数枚撮像する手段と，
   前記撮像された複数枚のアライメントマークの画像を入力する手段と，
   前記複数枚のアライメントマークの画像から，各カメラの高さに応じた複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの形状を取得する手段と，
   前記取得した複数のスライスレベルにおけるアライメントマークの形状から，アライメントマークの３次元のモデルを生成する手段と，
   前記生成されたアライメントマークの３次元のモデルと，あらかじめ記憶装置に登録されたアライメントマークの３次元のテンプレートデータとを照合することにより，前記３次元のモデルと前記３次元のテンプレートデータとのマッチング位置を求めてアライメントマークの位置を認識する手段と，
   前記認識したアライメントマークの位置に基づき，前記第１の接合対象と前記第２の接合対象との位置合わせを行う手段とを備える
   ことを特徴とする接合装置。

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