JP2001203234A - ボンディング装置およびボンディング方法 - Google Patents

ボンディング装置およびボンディング方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 オフセット補正にリファレンス部材を用いる
場合に専用のオフセット較正用カメラを不要とする。 【解決手段】 ツール4の軸心4aをリファレンス部材
30に近接させ、レーザダイオード16,17を順次点
灯してリファレンス部材30およびツール4のXY方向
の像を位置検出用カメラ7で撮影し、ツール4とリファ
レンス部材30のずれ量を測定する。位置検出用カメラ
7をリファレンス部材30に近接させて位置検出用カメ
ラ7の光軸7aとリファレンス部材30とのずれ量を位
置検出用カメラ7で測定する。これらの測定値と移動量
とに基づき、正確なオフセット量を求める。プリズム1
3,14,18およびハーフミラー15によりツール4
およびリファレンス部材30の像光を位置検出用カメラ
7に導くので、ツール4とリファレンス部材30とのず
れ量検出のための専用のカメラは不要となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボンディング装置
およびボンディング方法に係り、特にボンディング部品
を撮像する位置検出用撮像器とツールなどの処理部材と
のオフセット量を正確に算出できる装置及び方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】以下、一例としてワイヤボンディング装
置について説明する。XYテーブル上に搭載されたボン
ディングヘッドには、半導体デバイスなどのボンディン
グ部品上のボンディング点を特定するためにボンディン
グ部材上の基準パターンを撮像するための位置検出用カ
メラと、ボンディングを行うツールが一端に取り付けら
れたボンディングアームとが設けられている。そして、
位置検出用カメラがボンディング部材上の基準パターン
を撮像する際に、ツールおよびボンディングアームが位
置検出用カメラの視野の妨げにならないように、位置検
出用カメラの光軸とツールの軸心とは一定距離ずらして
ボンディングヘッドに組付けられている。一般に、位置
検出用カメラの光軸とツールの軸心との距離をオフセッ
トと呼んでいる。
【0003】位置検出用カメラはツールを移動させる位
置を知るための基準点を求めるものであるから、位置検
出用カメラがツールからどれだけオフセットされている
かを知ることは非常に重要である。しかし、実際のオフ
セット量は、高温のボンディングステージからの輻射熱
によるカメラホルダやボンディングアームの熱膨張によ
り刻々変化するため、ボンディング作業の開始の際や作
業の合間の適宜のタイミングで、オフセット量を較正す
る必要がある。
【0004】この目的から、出願人が提案しているボン
ディング方法および装置(特許第2982000号)で
は、所定位置にリファレンス部材を設置し、このリファ
レンス部材のリファレンス部の上方に位置検出用カメラ
を移動させてリファレンス部と位置検出用カメラの光軸
との位置関係を測定し、また予め記憶されたオフセット
量に従ってツールをリファレンス部上に移動させ、リフ
ァレンス部とツールとの位置関係をオフセット較正用カ
メラにより測定し、これらの測定結果に基づいて前記予
め記憶されたオフセット量を補正して正確なオフセット
量を求めている。この構成によれば、リファレンス部材
を介することにより位置検出用カメラとツールのオフセ
ット量を精度よく求めることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この構成で
は、ボンディング点の位置を検出するための位置検出用
カメラと別途に、オフセット補正のための専用のオフセ
ット較正用カメラが必要であるため、構成が複雑にすぎ
るという問題点があった。
【0006】本発明は上記課題を解決すべくなされたも
のであって、その目的は、リファレンス部材を用いる場
合にも専用のオフセット較正用カメラを用いずに済むよ
うな装置および方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】第1の本発明は、ボンデ
ィング部品を撮像する位置検出用撮像器と、所定位置に
配置されたリファレンス部材と、前記ボンディング部品
を処理する処理部材および前記リファレンス部材の像光
を前記位置検出用撮像器に導く光学部材とを備えてなる
ボンディング装置である。
【0008】第1の本発明では、処理部材およびリファ
レンス部材の像光を位置検出用撮像器に導く光学部材を
備えたので、これにより、ボンディング部品の位置を検
出する位置検出用撮像器を、処理部材の撮像とリファレ
ンス部材の撮像とに兼用でき、リファレンス部材を用い
る場合にも専用のオフセット較正用カメラを用いずに済
ますことができる。なお、本明細書において処理部材と
は、半導体デバイスに物理的加工を加える各種の加工ヘ
ッドをいう。
【0009】第2の本発明は、第1の本発明のボンディ
ング装置において、前記光学部材は、前記処理部材およ
び前記リファレンス部材を複数の互いに異なる方向から
捉えた像光を前記位置検出用撮像器に導くことを特徴と
するボンディング装置である。
【0010】第2の本発明では、処理部材およびリファ
レンス部材を複数の互いに異なる方向から捉えるので、
これらにつきより正確な位置情報を得ることができる。
【0011】第3の本発明は、第1または第2の本発明
のボンディング装置において、前記位置検出用撮像器は
テレセントリックレンズを備えていることを特徴とする
ボンディング装置である。
【0012】ボンディング部品の位置を検出する位置検
出用撮像器を、処理部材およびリファレンス部材の撮像
に兼用する場合、ボンディング部品から位置検出用撮像
器までの距離が、処理部材およびリファレンス部材から
位置検出用撮像器までの距離と異なることに起因して、
後者の像の大きさが変化し、その結果処理部材とリファ
レンス部材との位置関係が正しく検出できないことが考
えられる。この点第3の本発明では、被写体位置が変動
しても像の大きさ(すなわち、光軸からの距離)が変化
しない特性をもつテレセントリックレンズを位置検出用
撮像器に備えたので、これらの撮像に基づく位置関係の
検出をいずれも正確に実行することができる。
【0013】第4の本発明は、第1ないし第3のいずれ
かの本発明のボンディング装置において、前記位置検出
用撮像器への光路中に補正レンズを更に備え、当該補正
レンズを介し前記位置検出用撮像器の結像面上にリファ
レンス部材および処理部材の像が結像することを特徴と
するボンディング装置である。
【0014】第4の本発明では、位置検出用撮像器への
光路中に補正レンズを更に備え、当該補正レンズを介し
位置検出用撮像器の結像面上にリファレンス部材および
処理部材の像が結像することとしたので、ボンディング
部品から位置検出用撮像器までの距離が、処理部材およ
びリファレンス部材から位置検出用撮像器までの距離と
異なる場合にも、これらの撮像をいずれも良好な合焦状
態で実行することができる。
【0015】第5の本発明は、第4の本発明のボンディ
ング装置において、前記補正レンズは前記リファレンス
部材と一体的に保持されていることを特徴とするボンデ
ィング装置である。
【0016】第5の本発明では、補正レンズはリファレ
ンス部材と一体的に保持されていることとしたので、処
理部材およびリファレンス部材を撮像すべく位置検出用
撮像器と処理部材とを移動すると、補正レンズが位置検
出用撮像器への光路中に配置されることとなる。すなわ
ち第5の本発明では、きわめて簡易な構成により光路中
への補正レンズの介装および離脱を実行できる利点があ
る。
【0017】第6の本発明は、ボンディング部品を撮像
する位置検出用撮像器と、所定位置に設置されたリファ
レンス部材と、前記ボンディング部品を処理する処理部
材および前記リファレンス部材を照射すべき光源と、前
記光源からの照射により前記処理部材および前記リファ
レンス部材の像が射影されるスクリーン部材とを備え、
前記位置検出用撮像器により前記ボンディング部品を撮
像する姿勢における前記位置検出用撮像器から前記ボン
ディング部品までの距離と、前記処理部材を前記リファ
レンス部材に近接させた姿勢における前記位置検出用撮
像器から前記スクリーン部材までの距離が略同等である
ことを特徴とするボンディング装置である。
【0018】第6の本発明では、光源により照射された
処理部材およびリファレンス部材の像がスクリーン部材
に射影される。ここで、位置検出用撮像器によりボンデ
ィング部品の位置を検出する姿勢における位置検出用撮
像器からボンディング部品までの距離と、処理部材をリ
ファレンス部材に近接させた姿勢における位置検出用撮
像器からスクリーン部材までの距離とを略同等としたの
で、位置検出用撮像器はボンディング部品を撮影する場
合と同様の合焦状態においてスクリーン部材を撮像で
き、これにより、これらの撮像をいずれも良好な合焦状
態で実行することができる。
【0019】第7の本発明は、ボンディング部品を撮像
する位置検出用撮像器と、当該位置検出用撮像器に対し
オフセットして設けられ前記ボンディング部品を処理す
る処理部材と、所定位置に設置されたリファレンス部材
とを備えたボンディング装置におけるボンディング方法
であって、前記位置検出用撮像器を前記リファレンス部
材に近接させた第一の姿勢における前記位置検出用撮像
器と前記リファレンス部材との位置関係を前記位置検出
用撮像器で測定するステップと、前記処理部材を前記リ
ファレンス部材に近接させた第二の姿勢における前記処
理部材および前記リファレンス部材の像光を前記位置検
出用撮像器に導いて前記処理部材と前記リファレンス部
材との位置関係を前記位置検出用撮像器により測定する
ステップと、これらの測定結果と前記第一の姿勢と第二
の姿勢との間における前記位置検出用撮像器および前記
処理部材の移動量とに基づいて正確なオフセット量を求
めるステップと、を備えたボンディング方法である。
【0020】また第8の本発明は、ボンディング部品を
撮像する位置検出用撮像器と、当該位置検出用撮像器に
対しオフセットして設けられ前記ボンディング部品を処
理する処理部材と、所定位置に設置されたリファレンス
部材とを備えたボンディング装置において、前記位置検
出用撮像器を前記リファレンス部材に近接させた第一の
姿勢における前記位置検出用撮像器と前記リファレンス
部材との位置関係を前記位置検出用撮像器で測定した測
定値と、前記処理部材を前記リファレンス部材に近接さ
せた第二の姿勢における前記処理部材および前記リファ
レンス部材の像光を前記位置検出用撮像器に導いて前記
処理部材と前記リファレンス部材との位置関係を前記位
置検出用撮像器により測定した測定値と、これらの測定
結果と前記第一の姿勢と第二の姿勢との間における前記
位置検出用撮像器および前記処理部材の移動量と、に基
づいてオフセット量を求める演算制御装置を備えたボン
ディング装置である。第7及び第8の本発明では、上記
第1の本発明と同様の効果を得ることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を以下に図面に
従って説明する。図1は本発明の第1実施形態である。
図示のように、XYテーブル1に搭載されたボンディン
グヘッド2には、ボンディングアーム3が上下動可能に
設けられ、ボンディングアーム3は図示しない上下駆動
手段で上下方向に駆動される。ボンディングアーム3の
先端部にはツール4が取り付けられ、ツール4にはワイ
ヤ5が挿通されている。またボンディングヘッド2には
カメラホルダ6が固定されており、カメラホルダ6の先
端部には、電荷結合素子(CCD)を備えた光電変換式
の撮像器である位置検出用カメラ7が固定されている。
位置検出用カメラ7の光軸7a、およびツール4の軸心
4aはいずれも垂直に下方へ向かっている。光軸7aと
軸心4aはXY方向にオフセット量Xt、Ytだけオフ
セットされている。XYテーブル1は、その近傍に設置
された図示しない2個のパルスモータによりX方向およ
びY方向に正確に移動できるように構成されている。以
上は周知の構造である。
【0022】図示しない半導体デバイスを位置決め載置
する図示しないボンディングステージの近傍には、リフ
ァレンス部材30が載置されたリファレンス部支持台1
1が設けられている。リファレンス部支持台11には、
プリズム13,14,18、ハーフミラー15、および
照明用の光源としてのレーザダイオード16,17が設
置されている。
【0023】図2に示すように、プリズム13はリファ
レンス部材30に対して図中下側に、またプリズム14
はプリズム13に対して図中左側に、それぞれ設置され
ている。リファレンス部材30の図中左側にはハーフミ
ラー15が、また右側にはレーザダイオード16が設置
されており、またリファレンス部材30を挟んでプリズ
ム13の反対側にはレーザダイオード17が設置されて
いる。レーザダイオード16,17は平行光を生ずるよ
うに設定されている。ハーフミラー15の図中左側には
プリズム18が設置されている。プリズム18の反射面
の中心とリファレンス部材30との間隔dwは、位置検
出用カメラ7の光軸7aとツール4の軸心4aとのX方
向のオフセット量Xtと略等しくする。
【0024】プリズム13の反射面は、X方向(すなわ
ち、レーザダイオード16とハーフミラー15とのなす
方向)に対し−45°の角度で交差しており、他方プリ
ズム14の反射面とハーフミラー15の反射面とは互い
に平行とし、いずれもX方向に対し45°の角度で交差
している。プリズム18の反射面は、図3に示すように
水平方向に対して45°の角度で交差している。したが
って、レーザダイオード17からの光はプリズム13,
14で反射し、ハーフミラー15の反射面で反射してプ
リズム18の反射面に至る。他方、レーザダイオード1
6からの光はハーフミラー15を透過してプリズム18
の反射面に至る。そして両レーザダイオード16,17
からの光はプリズム18の反射面で反射して位置検出用
カメラ7に導かれる。なお、プリズム13,14,18
に代えてミラー等の鏡面体を用いてもよい。
【0025】位置検出用カメラ7は、テレセントリック
レンズであるレンズ7bを備える。本明細書にいうテレ
セントリックレンズとは、テレセントリック光学系、す
なわち結像する主光線がレンズの後側焦点を通るように
構成した光学系をいう。テレセントリックレンズは、結
像面への対向方向の位置ずれに対する許容範囲が広く、
特に平行光である透過光で照射した場合に物体位置が変
動しても像の大きさ(すなわち、光軸からの距離)が変
化しないことで一般に知られており、各種の工業用測定
器において採用されているが、ボンディング装置におい
てもテレセントリックレンズか、テレセントリックに近
い特性を有する光学系が広く用いられている。
【0026】図4および図5に示すように、XYテーブ
ル1は、演算制御装置20の指令によりXYテーブル制
御装置21を介して駆動される。位置検出用カメラ7に
より撮像した画像は、電気信号に変換されて画像処理装
置22により処理され、コンピュータよりなる演算制御
装置20によって後述する方法により正確なオフセット
量Xt、Ytが算出される。メモリ23には予めオフセ
ット量Xw、Ywが記憶されている。そこで、正確なオ
フセット量Xt、Ytとメモリ23に予め記憶されたオ
フセット量Xw、Ywとの差、すなわちオフセット較正
量をΔX、ΔYとすると、これら正確なオフセット量X
t、Yt、予め記憶されたオフセット量Xw、Yw、お
よびオフセット較正量ΔX、ΔYは数1の関係になる。
なお、図中24は入出力装置を示す。
【0027】
【数1】Xt=Xw+ΔX Yt=Yw+ΔY 次にオフセット量Xt、Ytの算出方法を説明する。ま
ず、図5中実線で示すように、ツール4の軸心4aがリ
ファレンス部材30の近傍に位置するように、演算処理
装置20の指令によりXYテーブル制御装置21を介し
てXYテーブル1を駆動し(図3)、ツール4をリファ
レンス部材30すれすれの高さまで下降させる。ここ
で、ツール4は、位置検出用カメラ7がツール4および
リファレンス部材30を撮像できる位置であればよく、
リファレンス部材30の軸心30aにツール4の軸心4
aを一致させる必要はない。
【0028】そして、位置検出用カメラ7によりツール
4およびリファレンス部材30の両方を撮像し、両者の
位置関係、すなわちΔX1,ΔY1を測定する。
【0029】まず、レーザダイオード16を点灯し、レ
ーザダイオード17を消灯した状態とすれば、ツール4
およびリファレンス部材30の像光は、レーザダイオー
ド16からの光に対する影として、ハーフミラー15を
透過しプリズム18の反射面で反射して位置検出用カメ
ラ7に導かれる。その結果、位置検出用カメラ7では図
6(a)のとおりの像が得られる。この画像に適宜の画
像処理を施すことにより、ツール4の軸心4aとリファ
レンス部材30の軸心30aとのY方向のずれ量ΔY1
が算出される。
【0030】次に、レーザダイオード16を消灯し、レ
ーザダイオード17を点灯した状態とすれば、ツール4
およびリファレンス部材30の像は、レーザダイオード
17からの光に対する影として、プリズム13,14を
反射してハーフミラー15の反射面を反射し、さらにプ
リズム18の反射面を反射して位置検出用カメラ7に導
かれる。その結果、位置検出用カメラ7では図6(b)
のとおりの像が得られる。この画像に適宜の画像処理を
施すことにより、ツール4の軸心4aとリファレンス部
材30の軸心30aとのX方向のずれ量ΔX1が算出さ
れる。
【0031】このようにしてツール4とリファレンス部
材30との位置関係すなわちΔX1,ΔY1が測定される
と、次に演算制御装置20は、メモリ23に予め記憶さ
れたオフセット量Xw、Ywにより、XYテーブル制御
装置21を介してXYテーブル1を駆動し、図5におい
て点線で示すように、位置検出用カメラ7をリファレン
ス部材30の近傍に移動させる。そして、この状態でリ
ファレンス部材30を撮影し、その画像に適宜の画像処
理を施すことにより、リファレンス部材30の軸心30
aと、位置検出用カメラ7の光軸7aとのずれ量Δ
2,ΔY2を算出する。
【0032】もし、予め記憶されたオフセット量Xw、
Ywが正確なオフセット量Xt、Ytであれば、オフセ
ット較正量ΔX、ΔYは0であるので、ΔX1,ΔY1
ΔX 2,ΔY2に一致する筈である。しかし、予め記憶さ
れたオフセット量Xw、Ywが大体の値であった場合、
またカメラホルダ6やボンディングアーム3が熱的影響
により膨張し、オフセット量Xt、Ytが変化した場合
には、ΔX1,ΔY1はΔX2,ΔY2に一致せず、誤差
(オフセット較正量)ΔX、ΔYが生じる。そこで、測
定値ΔX1,ΔY1と測定値ΔX2,ΔY2とにより、数2
によりオフセット較正量ΔX、ΔYを算出する。
【0033】
【数2】ΔX=ΔX1−ΔX2 ΔY=ΔY1−ΔY2 そこで、演算制御装置20は数2によりオフセット較正
量ΔX、ΔYを算出し、数1により予め記憶されたオフ
セット量Xw、Ywにオフセット較正量ΔX、ΔYを加
算して正確なオフセット量Xt、Ytを算出し、メモリ
23に記憶されたオフセット量Xw、Ywを正確なオフ
セット量Xt、Ytに補正(更新)する。このようにし
て求められたオフセット量Xw、Ywは、以後のボンデ
ィング作業において位置検出用カメラ7とツール4のオ
フセット量として用いられる。
【0034】このように、本実施形態では、ツール4お
よびリファレンス部材30の像光を位置検出用カメラ7
に導くプリズム13,14,18およびハーフミラー1
5を備えたので、これにより、ボンディング部品の位置
を検出する位置検出用カメラ7を、ツール4およびリフ
ァレンス部材30の撮像に兼用でき、専用のオフセット
較正用カメラを用いずに済ますことができる。
【0035】また、位置検出用カメラ7を、ツール4お
よびリファレンス部材30の撮像に兼用する場合、ボン
ディング部品から位置検出用カメラ7までの距離が、ツ
ール4およびリファレンス部材30から位置検出用カメ
ラ7までの距離と異なることに起因して、後者の像の大
きさが変化し、その結果ツール4とリファレンス部材3
0との位置関係が正しく検出できないことが考えられ
る。この点本実施形態では、被写体位置が変動しても像
の大きさが変化しない特性をもつテレセントリックレン
ズであるレンズ7bを位置検出用カメラ7に備えたの
で、これらの撮像に基づく位置関係の検出をいずれも正
確に実行することができ好適である。また、ツール4お
よびリファレンス部材30を複数の互いに異なる方向か
ら捉えた像を位置検出用カメラ7に導く構成としたの
で、これらにつきより正確な位置情報を得ることができ
る。
【0036】なお、本実施形態では平行光を生ずるよう
に設定されたレーザダイオード16,17を用いる構成
としたが、このような構成に代えて、ピンホールとレン
ズとを非平行光の光源と組み合わせ、これにより平行光
を得る構成としてもよい。この場合の非平行光の光源と
しては、例えばLED(発光ダイオード)、ハロゲンラ
ンプ、タングステンランプ、あるいは光ファイバの出射
口などが好適である。ピンホールはなくてもよいが、ピ
ンホールを用いない場合には光線の平行度は劣ることと
なる。
【0037】次に、第2実施形態について説明する。図
14(a)に示す第2実施形態は、3個のプリズム93
とハーフミラー95とを図示のように互いに接するよう
に配置し、さらに、反射光を上向きに反射して位置検出
用カメラ7に導くために45°傾斜した反射面を有する
プリズム18をやはり接するように配置して、レーザダ
イオード16,17で2方向から照射する構成としたも
のである。また図8に示すように、位置検出用カメラ7
に装着されるレンズ7cは図示しない駆動装置により図
4における演算制御装置20の制御出力に応じて焦点距
離を変更可能に構成されており、レンズ7cのピント位
置は、位置検出用カメラ7の結像面から距離d1だけ離
れたプリズム18の反射面18aの中心18bと、位置
検出用カメラ7の結像面から距離d1+d2だけ離れたリ
ファレンス部材30の軸心30aとの間で変更できる構
成とする。レンズ7cはテレセントリックレンズでなく
てもよい。なお図8においてはプリズム93およびハー
フミラー95は図示を省略しており、また以下の各実施
形態において特に言及していない構成は上記第1実施形
態のものと同様であるので同一符号を付し、その説明は
省略することとする。
【0038】しかして第2実施形態では、ピント位置ま
での距離をd1+d2とした状態で、位置検出用カメラ7
によりツール4およびリファレンス部材30の両方を撮
像する。次に位置検出用カメラ7を移動してリファレン
ス部材30に近接させると共に、レンズ7cを駆動して
ピント位置までの距離をd1に変更し、その状態で位置
検出用カメラ7によりリファレンス部材30を直接撮像
するものである。
【0039】このように本実施形態では、位置検出用カ
メラ7によりツール4およびリファレンス部材30の両
方を撮像する場合と、位置検出用カメラ7によりリファ
レンス部材30を直接撮像する場合とで、それぞれ適切
なピント位置を選択することとしたので、これらの撮像
をいずれも良好な合焦状態で実行できるという利点があ
る。また本実施形態では、ツール4およびリファレンス
部材30からの光路長を2方向で互いに等しくすること
ができる上、3個のプリズム93およびプリズム18と
ハーフミラー95とが互いに接するので光学部材の組立
て精度を容易に得ることができる。
【0040】なお、本実施形態ではレンズ7cを駆動す
ることによりピント位置を変更する構成としたが、この
ような構成に代えて、位置検出用カメラ7自体を昇降さ
せる上下駆動手段を設け、この昇降により焦点合わせを
行う構成としても、同様の効果を得ることができる。
【0041】また、本実施形態の変形例として、図14
(b)のように、4個のプリズム103とハーフミラー
105、それに反射光を上向きに反射して位置検出用カ
メラ7に導くために45°傾斜した反射面を有するプリ
ズム108を図示のごとく互いに接するように配置して
もよい。この場合には、2方向から照射するためのレー
ザダイオード96,97を互いに隣接して配置できる利
点がある。さらに、2方向から照射するための光源を単
一にして、うち一方向に相当する光路を機械式シャッタ
や液晶シャッタにより選択的に、あるいは遮断度(ない
し透過度)を異にして位置検出用カメラ7に導入するこ
とにより、2方向からのツール4およびリファレンス部
材30の像を分離することができる。この場合には更
に、位置検出用カメラ7の撮影した画像を、機械式シャ
ッターや液晶シャッターによる遮断度の変更と同期させ
て振り分けることにより、2方向からの画像を互いに分
離することができる。
【0042】次に、第3実施形態について説明する。図
9に示す第3実施形態は、位置を異にして設けられた撮
像素子37b,37cを有する位置検出用カメラ37を
備えており、撮像素子37bからのピント位置は、その
結像面から距離d1だけ離れたプリズム18の反射面1
8aの中心18bとし、撮像素子37cからのピント位
置は、その結像面から距離d1+d2だけ離れたリファレ
ンス部材30の軸心30aとする。残余の構成は上記第
2実施形態と同様である。
【0043】この第3実施形態では、撮像素子37cに
よりツール4およびリファレンス部材30の両方を撮像
する。次に位置検出用カメラ37を移動してリファレン
ス部材30に近接させ、撮像素子37bによりリファレ
ンス部材30を直接撮像するものである。この構成によ
れば、撮像素子37cによりツール4およびリファレン
ス部材30の両方を撮像する場合と、撮像素子37bに
よりリファレンス部材30を直接撮像する場合とで、そ
れぞれ適切なピント位置が選択されるので、これらの撮
像をいずれも良好な合焦状態で実行できる上、両撮像の
間における機械的なピント位置の変更動作が不要になる
という利点がある。
【0044】次に、第4実施形態について説明する。色
消し補正がされていないレンズでは、光線の波長により
ピント位置が異なる。第4実施形態はこの現象を利用し
たものである。すなわち第4実施形態では、図8に示す
レンズ7cに代えて、色消し補正がされていないレンズ
を使用し、当該レンズは、青色の光に対するピント位置
は、位置検出用カメラ7の結像面から距離d1だけ離れ
たプリズム18の反射面18aの中心18bとし、赤色
の光に対するピント位置は、位置検出用カメラ7の結像
面から距離d1+d2だけ離れたリファレンス部材30の
軸心30aとする。また位置検出用カメラ7の光学系に
は青色光源および赤色光源を設置し、これら青色光源お
よび赤色光源からの光線が位置検出用カメラ7の光軸7
aに沿って射出されるように構成する。残余の構成は上
記第3実施形態と同様である。
【0045】しかして第4実施形態では、まず赤色光源
を駆動して照明しつつ、位置検出用カメラ7によりツー
ル4およびリファレンス部材30の両方を撮像する。次
に位置検出用カメラ7を移動してリファレンス部材30
に近接させ、青色光源を駆動して照明しつつ、リファレ
ンス部材30を直接撮像するものである。この構成によ
れば、赤色光を用いてツール4およびリファレンス部材
30の両方を撮像する場合と、青色光を用いてリファレ
ンス部材30を直接撮像する場合とで、それぞれ適切な
ピント位置が選択されるので、第3実施形態と同様に、
これらの撮像をいずれも良好な合焦状態で実行できる
上、両撮像の間における機械的なピント位置の変更動作
が不要になるという利点がある。
【0046】次に、第5実施形態について説明する。図
10に示す第5実施形態は、補正レンズ40を備えた点
を特徴とする。位置検出用カメラ7に装着されたレンズ
7dはテレセントリックレンズでなくてもよい。レンズ
7dのみが用いられた場合のピント位置は、位置検出用
カメラ7の結像面から距離d1だけ離れたプリズム18
の反射面18aの中心18bである。また、レンズ7d
と補正レンズ40との両者が用いられた場合のピント位
置は、位置検出用カメラ7の結像面から距離d 1+d2
け離れたリファレンス部材30の軸心30aである。補
正レンズ40は、補正レンズ支持台42によりリファレ
ンス部支持台11に固定されている。なお本実施形態で
は、図14(a)と同様に配置されたプリズム93およ
びハーフミラー95が用いられているが、図10では図
示を省略している。
【0047】しかして第5実施形態では、位置検出用カ
メラ7により、補正レンズ40およびプリズム18を介
して、ツール4およびリファレンス部材30の両方を撮
像する。この場合のピント位置までの距離は、補正レン
ズ40を介しているのでd1+d2となる。次に位置検出
用カメラ7を移動してリファレンス部材30に近接さ
せ、その状態で位置検出用カメラ7によりリファレンス
部材30を直接撮像する。この場合のピント位置までの
距離は、補正レンズ40を介していないのでd 1とな
る。
【0048】このように第5実施形態では、リファレン
ス部支持台11ひいてはリファレンス部30と一体的に
保持された補正レンズ40により、ピント位置までの距
離を変更する構成としたので、ツール4およびリファレ
ンス部材30を撮影する姿勢へ移動する動作に伴って補
正レンズ40が光路中に介装されることとなり、位置検
出用カメラ7によりツール4およびリファレンス部材3
0の両方を撮像する場合と、位置検出用カメラ7により
リファレンス部材30を直接撮像する場合との間で、機
械的・電気的手段による焦点合わせ操作が不要であると
いう利点がある。
【0049】次に、第6実施形態について説明する。図
11に示す第6実施形態は、補正レンズ50を備えた点
を特徴とする。本実施形態では図14(a)とほぼ同様
に配置されたプリズム93およびハーフミラー95が用
いられているが、補正レンズ50がプリズム93とハー
フミラー95との間に介装されている点で異なる。補正
レンズ50は、補正レンズ支持台52によりリファレン
ス部支持台11に固定されていると共に、プリズム93
とハーフミラー95とに接している。なお理解の容易の
ため、図11においてはプリズム93およびハーフミラ
ー95の図示を省略しており、補正レンズ50のみを模
式的に示している。
【0050】位置検出用カメラ7に装着されたレンズ7
eは、テレセントリックレンズでなくてもよい。レンズ
7eのみが用いられた場合のピント位置は、プリズム1
8の反射面18aの中心18bである。またレンズ7e
と補正レンズ50との両者が用いられた場合のピント位
置は、リファレンス部材30の軸心30aである。しか
して第6実施形態では、位置検出用カメラ7により、補
正レンズ50およびプリズム18を介して、ツール4お
よびリファレンス部材30の両方を撮像する。この場合
のピント位置までの距離は、補正レンズ50を介してい
るのでd1+d2となる。次に位置検出用カメラ7を移動
してリファレンス部材30に近接させ、その状態で位置
検出用カメラ7によりリファレンス部材30を直接撮像
する。この場合のピント位置までの距離は、補正レンズ
50を介していないのでd 1となる。
【0051】このように第6実施形態では、上記第5実
施形態と同様の利点を有する上、補正レンズ50を比較
的低い高さ位置に配置するので、装置を比較的コンパク
トに設計できる利点がある。また、上記第5実施形態と
異なり、ツール4とリファレンス部材30の像をプリズ
ム18の反射面18aの中心18bに結像させ、像をリ
レーしているため、より鮮明な像を得ることができる。
【0052】次に、第7実施形態について説明する。図
12に示す第7実施形態は、平行平板70を備えた点を
特徴とする。本実施形態では図14(a)と同様に配置
されたプリズム93およびハーフミラー95が用いられ
ているが、図12ではこれらの図示を省略している。位
置検出用カメラ7に装着されたレンズ7fはテレセント
リックレンズでなくてもよい。レンズ7fのみが用いら
れた場合のピント位置は、プリズム18の反射面18a
の中心18bである。またレンズ7fと平行平板70と
の両者が用いられた場合のピント位置は、リファレンス
部材30の軸心30aである。平行平板70は、平行平
板支持台72によりリファレンス部支持台11に固定さ
れている。
【0053】平行平板70はガラスを材料とする。平行
平板70の屈折率が空気の屈折率と異なるため、この平
行平板70を介することによりピント位置までの距離を
変更することができるものである。なお平行平板70の
材質は、プラスチックなどの他の透明体を用いてもよ
い。
【0054】しかして第7実施形態では、位置検出用カ
メラ7により、平行平板70およびプリズム18を介し
て、ツール4およびリファレンス部材30の両方を撮像
する。この場合のピント位置までの距離は、平行平板7
0を介しているのでd1+d2となる。次に位置検出用カ
メラ7を移動してリファレンス部材30に近接させ、そ
の状態で位置検出用カメラ7によりリファレンス部材3
0を直接撮像する。この場合のピント位置までの距離
は、平行平板70を介していないのでd1となる。した
がって第7実施形態では、上記第5実施形態と同様の効
果を得ることができる。
【0055】次に、第8実施形態について説明する。第
8実施形態は、第6実施形態に対する光学部材の変形例
というべきものであり、プリズム93およびハーフミラ
ー95に代えて、図13(a)に示すように、ミラー8
1と、ミラー面82aおよびハーフミラー面82bを有
するハーフミラー82とを互いに平行に配置し、レーザ
ダイオード86,87によりリファレンス部材30を2
方向から照射する。反射光の経路中にはプリズム88と
補正レンズ89とを配置する。プリズム88は、反射光
を上向きに反射して位置検出用カメラ7に導くために4
5°傾斜した反射面を有する。補正レンズ89は、リフ
ァレンス部支持台11に固定されており、上記第6実施
形態におけるものと同様に、ピント位置までの距離を補
正するものである。プリズム88の反射面の中心とリフ
ァレンス部材30との間隔dwは、位置検出用カメラ7
の光軸7aとツール4の軸心4aとのX方向のオフセッ
ト量Xtと略等しくする。残余の構成は上記第6実施形
態と同様である。
【0056】この第8実施形態では、上記第6実施形態
と同様に、位置検出用カメラ7により、補正レンズ89
およびハーフミラー82を介して、ツール4およびリフ
ァレンス部材30の両方を撮像し、次に位置検出用カメ
ラ7を移動してリファレンス部材30に近接させ、その
状態で位置検出用カメラ7によりリファレンス部材30
を直接撮像する。
【0057】しかして第8実施形態では、上記第6実施
形態と同様の利点を有する上、上記第1実施形態ないし
第6実施形態のものに比して光学部材の部品点数が少な
くて済む利点がある。
【0058】なお、第8実施形態におけるハーフミラー
82では、その材質(例えばガラス)の屈折率が空気の
屈折率と異なるため、2方向の光の光路長が等しくなる
ようにガラスの厚さを調整する必要がある。そのため、
このハーフミラー82に代えて、図13(b)に示すよ
うに、ミラー83およびペリクルビームスプリッタ85
を配置する構成としてもよく、この場合にはペリクルビ
ームスプリッタ85の厚さが実質的に無視できるため、
2方向の光の光路長を容易に等しくできる利点がある。
【0059】次に、第9実施形態について説明する。図
15に示す第9実施形態では、光源であるレーザダイオ
ード106,107を、リファレンス部支持台111に
ではなく、ボンディングヘッド2に設置したものであ
る。この第9実施形態では、レーザダイオード106,
107は、ツール4をリファレンス部材30に近接させ
た姿勢において、レーザダイオード107がプリズム1
13に、またレーザダイオード106がリファレンス部
支持台111に設けられたプリズム109に、それぞれ
対向するようにボンディングヘッド2に固定されてい
る。なお22はリードフレーム搬送用レール、24は図
示しないボンディング部品が保持されるボンディングス
テージである。しかして第9実施形態では、レーザダイ
オード106,107をボンディングヘッド2に設置す
るので、これらをリファレンス部支持台111に設置す
る構成に比してリファレンス部支持台111を小型に設
計できると共に、熱に弱いレーザダイオード106,1
07をボンディングステージ24の高熱から保護できる
利点がある。なお、本実施形態におけるプリズム11
3,114およびハーフミラー115に代えて、図14
(b)に示すようなプリズム103およびハーフミラー
105を用いても同様の効果を得ることができる。
【0060】次に、第10実施形態について図16に従
って説明する。上記各実施形態においては、ツール4お
よびリファレンス部材30の像をプリズム18,88,
108,118を介して位置検出用カメラ7に導く構成
としたが、これに対し本実施形態では、ツール4および
リファレンス部材30の像をスクリーン部材128に射
影する構成としたものである。
【0061】スクリーン部材128は、光線Lの入射方
向に対し45°傾斜した投影面128aを備えており、
投影面128aはミラーの表面に光拡散物質を塗布して
なる。なお、投影面128aないしスクリーン部材12
8の材質としては、他にすりガラス、めっき、セラミッ
ク、樹脂などの光拡散性を有するものが好適である。ま
た蛍光体、リン光体としてもよく、さらに、光源として
赤外線を用いる場合には、赤外線検知シート(例えばKo
dak社から販売されているIR Detection Card(商
標))を用いるのが好適である。さらに、液晶などを用
い温度に応じて色が変わる温度検知シートを使用しても
よい。
【0062】ツール4をリファレンス部材30に近接さ
せた姿勢における位置検出用カメラ7からスクリーン部
材128の投影面128aまでの距離d1は、位置検出
用カメラ7によりボンディング部品の位置を検出する姿
勢における位置検出用カメラ7からボンディング部品ま
での距離、および位置検出用カメラ7によりリファレン
ス部材30を直接撮像する姿勢における位置検出用カメ
ラ7からリファレンス部材30までの距離と略同等とす
る。したがって位置検出用カメラ7では、ボンディング
部品の位置を検出する際のピント合わせを変更せずに、
投影面128aと、リファレンス部材30とを撮像する
ことができる。なお本実施例においても上記第1実施形
態と同様のプリズム13,14、ハーフミラー15およ
びレーザダイオード16,17を設置するが、図16で
はこれらの図示を省略している。
【0063】しかして、第10実施形態では、レーザダ
イオード16,17により照射されたツール4およびリ
ファレンス部材30の影がスクリーン部材128の投影
面128aに射影される。ここで、本実施形態では投影
面128aに射影されたツール4とリファレンス部材3
0との影を撮像すれば、投影面128aからリファレン
ス部材30までの距離にかかわらずツール4およびリフ
ァレンス部材30の鮮明な像が得られ、光学部材を自由
に設計できると共に、第5実施形態における補正レンズ
40のようなピント位置を補正する手段が不要となる。
【0064】次に、第11実施形態について説明する。
図17および図18に示す第11実施形態は、上面にリ
ファレンスマーク135aを有するプリズム135を備
えた点を特徴とする。位置検出用カメラ7に装着された
レンズ7gはテレセントリックレンズでなくてもよい。
レンズ7gのみが用いられた場合のピント位置は、位置
検出用カメラ7の結像面から距離d1だけ離れたプリズ
ム138の反射面138aの中心138bである。ま
た、レンズ7gと補正レンズ140との両者が用いられ
た場合のピント位置は、リファレンスマーク135aの
中心135bである。補正レンズ140は、補正レンズ
支持台142によりリファレンス部支持台11に固定さ
れている。
【0065】しかして第11実施形態では、位置検出用
カメラ7により、補正レンズ140およびプリズム13
5,138を介して、ツール4およびリファレンスマー
ク135aの両方を撮像し、これを電気信号に変換して
画像処理を施すことによりずれ量ΔX1,ΔY1を求め
る。次に位置検出用カメラ7を移動してリファレンスマ
ーク135aに近接させ、その状態で位置検出用カメラ
7によりリファレンスマーク135aを直接撮像し、こ
れを電気信号に変換して画像処理を施すことによりずれ
量ΔX2,ΔY2を求める。そしてこれらのずれ量から
上記数2により正確なオフセット量を算出する。
【0066】このように第11実施形態では、リファレ
ンス部支持台11ひいてはリファレンスマーク135a
と一体的に保持された補正レンズ140により、ピント
位置までの距離を変更する構成としたので、ツール4お
よびリファレンスマーク135aを撮影する姿勢へ移動
する動作に伴って補正レンズ140が光路中に介装され
ることとなり、位置検出用カメラ7によりツール4およ
びリファレンスマーク135aの両方を撮像する場合
と、位置検出用カメラ7によりリファレンスマーク13
5aを直接撮像する場合との間で、機械的・電気的手段
による焦点合わせ操作が不要である。またツール4およ
びリファレンスマーク135aを撮像する場合にX方向
の像の撮像とY方向の像の撮像とで光源を切換える等の
操作を不要とすることができる。なお、本実施形態にお
けるレンズ7gとしてテレセントリックレンズを用いた
場合や、両撮像の間でピント位置を変更する操作を行う
場合、あるいはピント位置の異なる複数の撮像素子を用
いる場合には、補正レンズ140を設けない構成として
も、両撮像に基づく位置関係の検出をいずれも正確に実
行することができる。また、プリズム135,138お
よび補正レンズ140の寸法を適切に選択し、これらを
互いに接するように配置してもよい。
【0067】なお、上記第1ないし第10実施形態で
は、互いに異なる2方向の光源を選択的に点灯、すなわ
ち一方が点灯しているときに他方が消灯している構成と
したが、このような構成に変えて、2方向の光源の一方
の明度を上昇し、他方を下降する等により、両者の明度
比を変更する構成としてもよい。また、2方向の光源の
光の波長を互いに異にすると共に、位置検出用カメラ7
の撮影した画像を波長に応じて分離し、分離された各波
長の画像に画像処理を施す構成とすることもでき、この
場合には2方向の光源を同時に点灯する構成とすること
も可能である。
【0068】また、上記第1ないし第10実施形態で
は、ツール4およびリファレンス部材30を、互いに9
0°角度を異にして捉えた像を用いて、両者のずれ量を
測定する構成としたが、両者の相対角度は90°でなく
てもよい。また、リファレンス部材を設ける位置を各実
施形態に示す位置に限られず、ボンディング部品により
近い位置に設けてもよく、さらにボンディング部品自体
(例えばリードフレーム)の何らかの突起や検出に適し
た形状の通孔をリファレンス部材として利用してもよ
い。
【0069】なお、上記各実施形態では、ツール4とリ
ファレンス部材30(またはリファレンスマーク135
a)との位置関係を測定してからツール4を移動して位
置検出用カメラ7とリファレンス部材30(またはリフ
ァレンスマーク135a)との位置関係を測定する構成
としたが、両測定の順番は逆であってもよい。また上記
各実施形態では、本発明における処理部材を単独のツー
ル4とした場合について説明したが、本発明は複数の加
工ヘッドと位置検出用撮像器とのオフセット量の測定
や、これら複数の加工ヘッド相互間のオフセット量の測
定について適用することも可能である。
【0070】また、上記実施形態では光学部材としてプ
リズム、ハーフミラーやミラーを用いる構成としたが、
本発明における光学部材は、処理部材およびリファレン
ス部材30(またはリファレンスマーク135a)の像
光を位置検出用撮像器に導き得る構成であればよく、例
えばリファレンス部材30に対し互いに角度を異にして
対向するように配置された光ファイバであってもよい。
また、上記実施形態では撮像器としてカメラを用いた
が、本発明における撮像器は光を検出し得る構成であれ
ばよく、例えばラインセンサでもよい。また上記実施形
態では、本発明をワイヤボンディング装置に適用した場
合について説明したが、本発明をダイボンディング装
置、テープボンディング装置、フリップチップボンディ
ング装置などの他の各種のボンディング装置に適用でき
ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施形態に係るボンディング装置の要部
を示す斜視図である。
【図2】 第1実施形態の要部を示す平面図である。
【図3】 第1実施形態の要部を示す一部切欠した正面
図である。
【図4】 第1実施形態の制御系を示すブロック図であ
る。
【図5】 オフセット補正におけるツール、位置検出用
カメラおよびリファレンス部材の配置状態を示す平面図
である。
【図6】 (a)および(b)はツールをリファレンス
部材に近接させた姿勢における画像を示す説明図であ
る。
【図7】 位置検出用カメラをリファレンス部材に近接
させた姿勢における画像を示す説明図である。
【図8】 第2実施形態の要部を示す正面図である。
【図9】 第3実施形態の要部を示す斜視図である。
【図10】 第5実施形態の要部を示す正面図である。
【図11】 第6実施形態の要部を示す正面図である。
【図12】 第7実施形態の要部を示す正面図である。
【図13】 (a)は第8実施形態の要部、(b)はそ
の変形例の要部を示す平面図である。
【図14】 (a)は第2ないし第7実施形態における
光学部材の要部、(b)はその変形例を示す平面図であ
る。
【図15】 第9実施形態の要部を示す平面図である。
【図16】 第10実施形態の要部を示す斜視図であ
る。
【図17】 第11実施形態の要部を示す斜視図であ
る。
【図18】 第11実施形態の要部を示す正面図であ
る。
【符号の説明】
1 XYテーブル、2 ボンディングヘッド、3 ボン
ディングアーム、4ツール、4a 軸心、7 位置検出
用カメラ、7a 光軸、7b,7c,7d,7e,7
f,7g レンズ、11,111 リファレンス部支持
台、13,14,18,88,93,103,108,
109,113,114,118,135,138 プ
リズム、15,82,95,105,115 ハーフミ
ラー、16,17,86,87,96,97,106,
107 レーザダイオード、22リードフレーム搬送用
レール、24 ボンディングステージ、30 リファレ
ンス部材、30a 軸心、40,50,89 補正レン
ズ、128 スクリーン部材、135a リファレンス
マーク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 榎戸 聡 東京都武蔵村山市伊奈平2丁目51番地の1 株式会社新川内 (72)発明者 笹野 利明 東京都武蔵村山市伊奈平2丁目51番地の1 株式会社新川内 Fターム(参考) 5F044 BB00 BB19 DD01 DD02 DD10 PP17 5F047 AA11 FA15 FA16 FA32 FA79

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボンディング部品を撮像する位置検出用
    撮像器と、 所定位置に配置されたリファレンス部材と、 前記ボンディング部品を処理する処理部材および前記リ
    ファレンス部材の像光を前記位置検出用撮像器に導く光
    学部材とを備えてなるボンディング装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のボンディング装置にお
    いて、 前記光学部材は、前記処理部材および前記リファレンス
    部材を複数の互いに異なる方向から捉えた像光を前記位
    置検出用撮像器に導くことを特徴とするボンディング装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載のボンディング
    装置において、 前記位置検出用撮像器はテレセントリックレンズを備え
    ていることを特徴とするボンディング装置。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載のボ
    ンディング装置において、 前記位置検出用撮像器への光路中に補正レンズを更に備
    え、 当該補正レンズを介し前記位置検出用撮像器の結像面上
    にリファレンス部材および処理部材の像が結像すること
    を特徴とするボンディング装置。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載のボンディング装置にお
    いて、 前記補正レンズは前記リファレンス部材と一体的に保持
    されていることを特徴とするボンディング装置。
  6. 【請求項6】 ボンディング部品を撮像する位置検出用
    撮像器と、 所定位置に設置されたリファレンス部材と、 前記ボンディング部品を処理する処理部材および前記リ
    ファレンス部材を照射すべき光源と、 前記光源からの照射により前記処理部材および前記リフ
    ァレンス部材の像が射影されるスクリーン部材とを備
    え、 前記位置検出用撮像器により前記ボンディング部品を撮
    像する姿勢における前記位置検出用撮像器から前記ボン
    ディング部品までの距離と、前記処理部材を前記リファ
    レンス部材に近接させた姿勢における前記位置検出用撮
    像器から前記スクリーン部材までの距離が略同等である
    ことを特徴とするボンディング装置。
  7. 【請求項7】 ボンディング部品を撮像する位置検出用
    撮像器と、当該位置検出用撮像器に対しオフセットして
    設けられ前記ボンディング部品を処理する処理部材と、
    所定位置に設置されたリファレンス部材とを備えたボン
    ディング装置におけるボンディング方法であって、 前記位置検出用撮像器を前記リファレンス部材に近接さ
    せた第一の姿勢における前記位置検出用撮像器と前記リ
    ファレンス部材との位置関係を前記位置検出用撮像器で
    測定するステップと、 前記処理部材を前記リファレンス部材に近接させた第二
    の姿勢における前記処理部材および前記リファレンス部
    材の像光を前記位置検出用撮像器に導いて前記処理部材
    と前記リファレンス部材との位置関係を前記位置検出用
    撮像器により測定するステップと、 これらの測定結果と前記第一の姿勢と第二の姿勢との間
    における前記位置検出用撮像器および前記処理部材の移
    動量とに基づいて正確なオフセット量を求めるステップ
    と、を備えたボンディング方法。
  8. 【請求項8】 ボンディング部品を撮像する位置検出用
    撮像器と、当該位置検出用撮像器に対しオフセットして
    設けられ前記ボンディング部品を処理する処理部材と、
    所定位置に設置されたリファレンス部材とを備えたボン
    ディング装置において、 前記位置検出用撮像器を前記リファレンス部材に近接さ
    せた第一の姿勢における前記位置検出用撮像器と前記リ
    ファレンス部材との位置関係を前記位置検出用撮像器で
    測定した測定値と、前記処理部材を前記リファレンス部
    材に近接させた第二の姿勢における前記処 理部材および前記リファレンス部材の像光を前記位置検
    出用撮像器に導いて前記処理部材と前記リファレンス部
    材との位置関係を前記位置検出用撮像器により測定した
    測定値と、 これらの測定結果と前記第一の姿勢と第二の姿勢との間
    における前記位置検出用撮像器および前記処理部材の移
    動量と、 に基づいてオフセット量を求める演算制御装置を備えた
    ボンディング装置。
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