JP2001249007A - オフセット測定方法、ツール位置検出方法およびボンディング装置 - Google Patents

オフセット測定方法、ツール位置検出方法およびボンディング装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 オフセット補正においてツールの位置の測定
を正確に実行する。 【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１５を点灯して基準
パターンＬをツール４に照射し、リファレンス部材３０
およびツール４のＸ方向のずれ量を、ツール４に投影さ
れた基準パターンＬの画像に基づいて測定する。ツール
４のＹ方向（紙面対向方向）の像を位置検出用カメラ７
で撮像し、ツール４とリファレンス部材３０のＹ方向の
ずれ量を測定する。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、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。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、オフセット測定方
法、ツール位置検出方法およびボンディング装置に係
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
できる方法および装置に関する。
【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
グ部品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品上の基準パターン
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】この目的から従来、ボンディング範囲内の
適当な場所にツールにより圧痕をつけ、その圧痕の位置
を位置検出用カメラで検出することにより、ツールの位
置を検出し、これに基づいてオフセット量を較正する方
法が提案されている（例えば、特開昭５９−６９９３９
号公報）。この方法では、位置検出用カメラからの光電
変換された画像データに所定の画像処理を施すことによ
り圧痕の中心の座標を求め、これに基づいてオフセット
量を算出している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来の構
成では、ツールの圧痕は必ずしも明瞭でない上、画像処
理に適した専用のパターンとは異なり個々の圧痕の形状
は互いに異なるため、検出が必ずしも正確でないという
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、ツールの位置の検出を正確に
実行できる新規な手段を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、処理対象を撮
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処理対象を処理するツー
ルと、を備えた処理装置におけるオフセット測定方法お
よびボンディング装置であって、所定位置に配置された
光源から測定方向に対する所定の傾斜角をもって基準パ
ターンを前記ツールに向けて投影するステップと、前記
ツールに投影された前記基準パターンに基づいて前記ツ
ールの位置を測定するステップと、前記位置検出用撮像
器の位置を測定するステップと、これら測定結果に基づ
いてオフセット量を求めるステップと、を含むことを特
徴とする。
【０００８】所定位置に配置された光源から測定方向に
対する所定の傾斜角をもって基準パターンをツールに向
けて投影すると共に、ツールに投影された基準パターン
に基づいてツールの位置を測定すると、ツール上に投影
された基準パターンはツールの位置に応じて異なる位置
や形状として検出されることとなり、これによりツール
の位置の検出を正確に実行できる。
【０００９】また、位置検出用撮像器の位置を測定する
ステップは、前記位置検出用撮像器で所定の基準点を撮
像することにより実行されることとすれば、処理対象を
撮像するための位置検出用撮像器をオフセット量の測定
に利用することができ好適である。
【００１０】また、前記基準点は所定位置に設置された
リファレンス部材であり、前記投影するステップと前記
ツールの位置を測定するステップとはいずれも前記ツー
ルを前記リファレンス部材に近接させた姿勢で実行さ
れ、前記オフセット量を求めるステップは、前記ツール
の位置を測定する際の姿勢と前記位置検出用撮像器で基
準点を撮像する際の姿勢との間の位置検出用撮像器およ
びツールの移動量を特定するステップを更に含むことと
すれば、リファレンス部材を介することによりツールの
位置の測定と位置検出用撮像器の位置の測定を極めて正
確に実行できる。
【００１１】また、前記投影するステップにおいて前記
光源から前記ツールおよび前記リファレンス部材の両方
に前記基準パターンを投影し、前記ツールの位置を測定
するステップは前記ツールおよび前記リファレンス部材
の両方の像光に基づいて実行されることとすれば、ツー
ルと光源の位置関係と、リファレンス部材と光源との位
置関係の双方に基づいて、リファレンス部材とツールと
の位置関係を精度よく求めることができる。
【００１２】また、前記ツールの位置を測定するステッ
プは、前記ツールと前記リファレンス部材との像光を前
記位置検出用撮像器に導くステップを更に含むこととす
れば、処理対象を撮像するための位置検出用撮像器を、
位置検出用撮像器の位置の検出のみならず、ツールの位
置の検出にも利用でき好適である。
【００１３】さらに、ツールの位置の測定に関し、ツー
ルに投影された前記基準パターンに基づいて前記ツール
の位置を測定した測定値と、前記ツールおよび前記リフ
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
記ツール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を用いることと
すれば、ツールの位置をより正確に求めることができ
る。
【００１４】さらに、本発明は、処理対象を処理するツ
ールの位置検出方法であって、前記ツールおよび所定位
置に設置されたリファレンス部材の両方に、所定位置に
配置された光源から基準パターンを投影するステップ
と、前記ツールおよび前記リファレンス部材に投影され
た前記基準パターンに基づいて前記ツールの位置を測定
するステップと、を含むことを特徴とするツール位置検
出方法を提供する。
【００１５】この方法では、ツールとリファレンス部材
の両方に対して基準パターンを投影し、これらに投影さ
れた基準パターンに基づいてツールの位置を測定するの
で、ツールと光源の位置関係と、リファレンス部材と光
源との位置関係の双方に基づいて、リファレンス部材と
ツールとの位置関係を精度よく求めることができる。
【００１６】
【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は本発明の実施形態に係るワイヤ
ボンディング装置を示す。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（すなわちＺ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はいずれも垂直に上
下方向、すなわちＺ方向に向かっている。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おり、これ
により位置検出用カメラ７とツール４とが、オフセット
量Ｘｔ、Ｙｔを維持したまま、一体的にＸ方向およびＹ
方向に移動する。これらは周知の構造である。
【００１７】図示しない半導体デバイスを位置決め載置
するボンディングステージ１０の近傍にレール１３が設
けられており、レール１３の上面には、リファレンス部
材３０が立設されたリファレンス台１１が固定されてい
る。リファレンス台１１には、プリズム１８、基準パタ
ーン用の光源としてのレーザダイオード１５、および透
過光光源としてのレーザダイオード１６が設置されてい
る。
【００１８】レーザダイオード１５は、図２に示すよう
に、リファレンス台１１上に設けられた光源台１４の上
端に、水平方向に対し下４５度の傾斜角をもって固定さ
れており、基準パターンＬをツール４の先端部に向けて
投影する。
【００１９】基準パターンＬとしては、図３（ｂ）に示
すような水平方向の直線のパターンが用いられる。した
がって、図３（ａ）においてツール４がＡの位置にある
場合には、基準パターンＬは図３（ｃ）のようにツール
４の中ほどに投影され、また、ツール４がＢの位置にあ
る場合には、基準パターンＬは図３（ｄ）のようにツー
ル４の下端部付近に投影される。このように、基準パタ
ーンＬを水平方向に対して傾斜角をもって投影すること
に起因して、基準パターンＬはツール４のＸ方向の位置
に応じて異なる高さ位置に投影されることとなる。
【００２０】レーザダイオード１６は、リファレンス部
材３０に向けて平行光を照射するように設定されてい
る。プリズム１８の反射面１８ａは、水平方向に対して
４５°の角度で交差している。したがって、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、ツー
ル４の下端とリファレンス部材３０の上端との光像は、
レーザダイオード１６の光に対する影として、プリズム
１８の反射面１８ａを経て位置検出用カメラ７に導かれ
る。なお、プリズム１８に代えてミラー等の鏡面体を用
いてもよい。
【００２１】プリズム１８の反射面の中心１８ｂとリフ
ァレンス部材３０の軸心３０ａとの間隔ｄ２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。
【００２２】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。ここにいうテレセン
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。
【００２３】図４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、Ｙ
ｔが算出される。メモリ２３には予めオフセット量Ｘ
ｗ、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Δ
Ｘ、ΔＹとすると、これら正確なオフセット量Ｘｔ、Ｙ
ｔ、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。
【００２４】
【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（図４）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、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。
【００２５】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。
【００２６】ここで、レーザダイオード１６の照射によ
り、ツール４およびリファレンス部材３０の像光が、レ
ーザダイオード１６の光に対する影として、プリズム１
８の反射面１８ａ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のとおり
の像が得られる。ここで、この画像に適宜の画像処理を
施すことにより、ツール４とリファレンス部材３０の輪
郭の位置座標に基づいて、両者のずれ量、すなわちツー
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。
【００２７】他方、レーザダイオード１５から投影され
た基準パターンＬは、上述のとおりツール４のＸ方向の
位置に応じてツール４における異なる高さ位置に投影さ
れることとなるから、この図６の画像に、ツール４の輪
郭の位置座標と基準パターンの位置座標とに基づいて適
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。
【００２８】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を撮像し（図７）、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３０ａと、位置検出用カメラ７の光軸７ａとのずれ
量ΔＸ2、ΔＹ2を算出する。
【００２９】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は
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。
【００３０】
【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。
【００３１】このように、本実施形態では、所定位置に
配置されたレーザダイオード１５から水平方向に対する
傾斜角をもって基準パターンＬをツール４に向けて投影
すると共に、ツール４に投影された基準パターンＬに基
づいてツール４のＸ方向の位置を測定する。このため、
ツール４の位置に応じて基準パターンＬは異なる高さ位
置に投影されることとなり、これに基づいてツール４の
Ｘ方向の位置の検出を正確に実行できる。
【００３２】また、位置検出用カメラ７の位置の測定
を、位置検出用カメラ７でリファレンス部材３０を撮像
することにより実行することとしたので、本来半導体デ
バイスを撮像するためのものである位置検出用カメラ７
をオフセット量の測定に利用できる。
【００３３】また、位置検出用カメラ７の位置をリファ
レンス部材３０を基準として測定し、ツール４のＹ方向
の位置をリファレンス部材３０を基準として測定すると
共に、これらの測定値と、両測定の間の位置検出用カメ
ラ７およびツール４の移動量である予め記憶されたオフ
セット量Ｘｗ、Ｙｗとに基づいてオフセット量を求める
こととしたので、リファレンス部材３０を介することに
よりオフセット量の測定をきわめて正確に実行できる。
【００３４】また、ツール４とリファレンス部材３０と
の像光を位置検出用カメラ７に導くプリズム１８を設け
たので、位置検出用カメラ７を、位置検出用カメラ７自
体の位置の検出のみならず、ツール４の位置の検出にも
利用できる。
【００３５】さらに、ツール４の位置の測定に関し、ツ
ール４に投影された基準パターンＬに基づいてツール４
の位置を測定したＸ方向の測定値と、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に導い
てツール４とリファレンス部材３０との位置関係を位置
検出用カメラ７により測定したＹ方向の測定値とを用い
ることとしたので、一般にずれ量の比較的大きいＹ方向
の測定を、比較的視野の広いツール４の輪郭の画像に基
く方法で行えると共に、ずれ量の比較的小さいＸ方向の
測定を基準パターンＬの像に基づいて精度よく行うこと
ができる。
【００３６】なお、本実施形態のように、ツール４のＸ
方向の位置の測定をツール４に投影された基準パターン
Ｌに基づいて行う一方、ツール４のＹ方向の位置の測定
をツール４の輪郭の画像に基づいて行う構成のほか、ツ
ール４の測定をＸ方向・Ｙ方向共に基準パターンの投影
によって行う構成とすることもでき、この場合には、例
えばレーザダイオード１５と同様に水平方向に対して所
定の傾斜角を持った光源をリファレンス部材３０に対し
てＹ方向に設けると共に、リファレンス部材３０をＹ方
向から専用のカメラで撮像すればよく、さらには、リフ
ァレンス部材３０をＹ方向からみた光像を位置検出用カ
メラ７に導く光学部材を設けてもよい。
【００３７】また、本実施形態では、レーザダイオード
１５の照射方向を、水平方向に対し斜め下方としたが、
逆に測定姿勢におけるツール４の位置に対し斜め下方に
レーザダイオード１５を設置し斜め上方にツール４を照
射する構成としてもよい。
【００３８】また、本実施形態では、レーザダイオード
１５の照射方向を、水平方向に対し下４５度としたが、
レーザダイオード１５の照射方向は他の角度でもよく、
傾斜角が大きいほど高い測定精度を得ることができる。
また、本実施形態ではツール４のＸ方向のずれ量の測定
をツール４を水平方向からみた光像に基づいて行う構成
としたので、画像処理にあたりＸ座標への変換が容易で
あるという利点があるが、レーザダイオード１５による
照射方向と画像の検出方向とが互いに異なるのであれば
同様の方法によるツール４のＸ方向のずれ量の測定が可
能であり、例えば基準パターンＬの照射方向を水平方向
とする一方、ツール４のＸ方向のずれ量の測定をツール
４を水平方向とは異なる角度からみた光像に基づいて行
う構成としてもよい。
【００３９】また、本実施形態では、レーザダイオード
１５を光源台１４を介してリファレンス台１１に固定す
る構成としたが、レーザダイオード１５は他の任意の位
置に設置することができ、特に、位置検出用カメラ７に
固定する構成としてもよい。
【００４０】また、本実施形態ではレーザダイオード１
６により透過光照明を行う構成としたが、ツール４の輪
郭の画像に基づく位置の測定については反射光を使用し
てもよく、例えば位置検出用カメラ７に光源を内蔵して
プリズム１８を介してツール４を照明する構成としても
よい。また、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任意の
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。
【００４１】また、本実施形態では基準パターンＬを水
平方向の直線のパターンとしたが、基準パターンＬは他
の構成でもよく、例えば図８（ａ）のようなスポット
光、図８（ｂ）のようなゼブラパターン、図８（ｃ）の
ような格子パターン、図８（ｅ）のようなカラーパター
ンなどを用いてもよい。また、図８（ｄ）のような正弦
パターン、すなわち光強度が正弦分布であるパターンを
用いてもよく、この場合には位相を１２０度ずつ異にし
たパターンを照明した撮像を３回実行してこれらの画像
を重ね合わせることにより、ツール４の表面の傷や汚れ
の影響をキャンセルして精度よく測定を行うことができ
る。
【００４２】また、本実施形態のように、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３
０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３０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。
【００４３】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を、Ｘ方向およびＹ方向から、すな
わち互いに９０°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
る位置は、本実施形態で示す位置に限られず、ボンディ
ング部品にできるだけ近い位置とするのが好適であり、
さらには、ボンディング部品自体（例えばリードフレー
ム）の何らかの突起をリファレンス部材として利用して
もよい。
【００４４】また、本実施形態では、ツール４とリファ
レンス部材３０との位置関係を測定してからツール４と
位置検出用カメラ７とを移動して位置検出用カメラ７と
リファレンス部材３０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く、かかる構成も
本発明の範疇に含まれるものである。
【００４５】なお、本実施形態ではツール４およびリフ
ァレンス部材３０の光像をそのままプリズム１８を経て
位置検出用カメラ７に導く構成としたが、図９に示すよ
うに、プリズム１８とリファレンス部材３０との間に、
補正レンズ５０を備える構成としてもよい。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台１１
に固定されている。レンズ７ｅ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ｄ
１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、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である。位置検出用カメラ７に装着さ
れたレンズ７ｅはテレセントリックレンズでなくてもよ
い。なお本変形例においても、図２の構成と同様に光源
台１４およびレーザダイオード１５を設置しているが、
図９では図示を省略している。
【００４６】しかしてこの変形例では、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ｄ１とな
る。このように、この変形例では、リファレンス台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５０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
撮像する姿勢へ移動する動作に伴って補正レンズ５０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の間で、機械的・電気的手
段による位置検出用カメラ７の焦点合わせ操作が不要で
あるという利点がある。
【００４７】次に、第２実施形態について説明する。上
記第１実施形態では、ツール４とリファレンス部材３０
との位置関係の測定と、位置検出用カメラ７とリファレ
ンス部材３０との位置関係の測定との間で、ツール４と
位置検出用カメラ７とを移動させ、この移動量を加算し
てオフセット量を求める構成としたため、両測定の共通
の基準点であるリファレンス部材３０を介してオフセッ
ト量をきわめて正確に測定できる利点があるが、両測定
の間でツール４と位置検出用カメラ７とを移動させない
（すなわち、移動量をゼロとする）構成とすることも可
能である。すなわち、図１０に示すように、上面にリフ
ァレンスマーク１３０ａを設けたプリズム１３０をリフ
ァレンス台１１上に設け、他方、位置検出用カメラ７を
リファレンスマーク１３０ａの真上に配置した場合にお
いてツール４をＸ方向およびＹ方向からそれぞれ斜め下
向きに基準パターンＬx，Ｌyを照射するような位置に、
図２と同様の光源台１４およびレーザダイオード１５
（図示せず）をそれぞれ配置する。リファレンスマーク
１３０ａとレーザダイオード１５の撮像基準位置とのＸ
方向のずれ量ｄ３は、上記実施形態において予め記憶さ
れているオフセット量Ｘｗと等しくし、また、Ｙ方向の
ずれ量はゼロとする。なお、この構成において図９の補
正レンズ５０と同様の補正レンズを設けてもよい。
【００４８】しかして、この構成では、位置検出用カメ
ラ７によりリファレンスマーク１３０ａ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
ΔＸ 1，ΔＹ1を求める。次に、その状態で位置検出用カ
メラ７によりプリズム１３０を介してツール４を撮像
し、撮像した画像におけるツール４の輪郭の画像とツー
ル４上に投影された基準パターンの画像とに基づいて画
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と、リファレンスマーク１３
０ａとレーザダイオード１５の撮像基準位置とのずれ量
から上記数１および数２により正確なオフセット量を算
出する。
【００４９】この構成によれば、位置検出用カメラ７の
位置の測定とツール４の位置の測定との間で、位置検出
用カメラ７とツール４とを移動する必要がないため、オ
フセットの補正を迅速に実行できる利点がある。なお、
この構成では、測定にリファレンスマーク１３０ａとレ
ーザダイオード１５の撮像基準位置との位置関係の狂い
が含まれるものではあるが、両者の位置関係に狂いが出
にくい構成とし、かつ定期的に両者の位置関係を較正す
ることにより、誤差を最小限に抑えることが可能であ
る。
【００５０】次に、第３実施形態について説明する。第
３実施形態は、図１１（ａ）に示すように、ツール４お
よびリファレンス部材３０の両方に、共通の光源である
レーザダイオード（図示せず）から基準パターンＬx1，
Ｌx2を斜め下向きに投影するものである。基準パターン
Ｌx1，Ｌx2はそれぞれ別個の光源から投影してもよい
が、その場合には両光源の間隔および角度は精密に設定
されている必要がある。なお、この構成において図９の
補正レンズ５０と同様の補正レンズを設けてもよい。
【００５１】しかして、この構成では、位置検出用カメ
ラ７によりプリズム１８を介してツール４およびリファ
レンス部材３０を撮像すると、ツール４上に投影された
基準パターンＬx1と、リファレンス部材３０に投影され
た基準パターンＬx2との画像、すなわち図１１（ｂ）に
示されるような画像が得られる。この画像に画像処理を
施すことによりツール４とリファレンス部材３０とのず
れ量ΔＸ2，ΔＹ2を求め、これに基づいて正確なオフセ
ット量を算出する。
【００５２】このように、第３実施形態では、ツール４
とリファレンス部材３０の両方に対して基準パターンＬ
x1，Ｌx2を投影し、これらの像に基づいてツール４の位
置を測定するので、リファレンス部材３０と光源との位
置関係に基づいて、ツール４と光源との位置関係の測定
値を補正でき、リファレンス部材３０とツール４との位
置関係を一層精度よく求めることができる。
【００５３】次に、第４実施形態について説明する。第
４実施形態は、図１２に示すように、上面に図１０のも
のと同様のリファレンスマーク１３０ａを設けたプリズ
ム１３０をリファレンス台１１上に設け、他方、位置検
出用カメラ７をリファレンスマーク１３０ａの真上に配
置した場合においてツール４の軸心４ａを囲むリファレ
ンス台１１上の位置に、リング状光源１１５を設置し、
このリング状光源１１５は、全周からツール４の長手方
向の中ほどである撮像基準位置に、基準パターンＬ3を
斜め上向きに投影するように設定する。なお、この構成
において図９の補正レンズ５０と同様の補正レンズを設
けてもよい。
【００５４】しかして、この構成では、位置検出用カメ
ラ７によりプリズム１３０を介してツール４を撮像し、
撮像した画像におけるツール４の輪郭の画像とツール４
上に投影された基準パターンＬ3の画像とに基づいて画
像処理を施すことにより、ずれ量ΔＸ2，ΔＹ2を求め、
これに基づいて正確なオフセット量を算出する。
【００５５】ここで、ツール４の撮像によって得られる
画像は、ツール４の軸心４ａの位置によって異なり、リ
ング状光源１１５の中心１１５ａとツール４の軸心４ａ
とが一致している場合には図１３（ａ）のとおりとなる
が、それぞれ、ツール４の軸心４ａがＹ方向にずれてい
る場合には図１３（ｂ）、−Ｙ方向にずれている場合に
は図１３（ｃ）、−Ｘ方向にずれている場合には図１３
（ｄ）、Ｘ方向にずれている場合には図１３（ｅ）のと
おりとなる。このような画像の変化に基づき、第４実施
形態ではツール４の位置を正確に求めることができる。
【００５６】次に、第５実施形態について説明する。図
１４に示す第５実施形態は、上記第２実施形態と同様
に、ＸＹ２方向から、図３（ｂ）に示すものと同様の水
平のライン状である基準パターンＬ4，Ｌ5をツール４に
投影するものであるが、投影方向が斜め上向きである点
で上記第２実施形態と異なる。なお光源は図１４におい
ても図示省略している。
【００５７】しかして、この構成におけるツール４の撮
像によって得られる画像は、ツール４の軸心４ａの位置
によって異なり、ツール４の軸心４ａが撮像基準位置に
ある場合には図１５（ａ）のとおりとなるが、それぞ
れ、ツール４の軸心４ａがＹ方向にずれている場合には
図１５（ｂ）、−Ｙ方向にずれている場合には図１５
（ｃ）、−Ｘ方向にずれている場合には図１５（ｄ）、
Ｘ方向にずれている場合には図１５（ｅ）のとおりとな
る。このような画像の変化に基づき、第５実施形態では
ツール４の位置を正確に求めることができる。
【００５８】なお、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。
【００５９】また、上記実施形態では光学部材としてプ
リズム１８，１３０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（あ
るいはリファレンスマーク）の像光を位置検出用撮像器
に導きうる構成であればよく、例えば処理部材に対し互
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
しう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正面図である。
【図３】 基準パターンの照射についての説明図であ
り、（ａ）は照射方向とツールの位置、（ｂ）は基準パ
ターンの例、（ｃ）および（ｄ）は基準パターンが照射
されたツールの光像である。
【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】 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】 （ａ）ないし（ｅ）は基準パターンの他の構
成例を示す説明図である。
【図９】 光学系の変形例を示す正面図である。
【図１０】 第２実施形態の要部を示す斜視図である。
【図１１】 第３実施形態を示し、（ａ）は要部を示す
正面図、（ｂ）はツールの光像である。
【図１２】 第４実施形態の要部を示す説明図である。
【図１３】 （ａ）ないし（ｅ）は第４実施形態におけ
るツールの画像を示す説明図である。
【図１４】 第５実施形態の要部を示す斜視図である。
【図１５】 （ａ）ないし（ｅ）は第５実施形態におけ
るツールの画像を示す説明図である。
【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、１１ リファレンス台、１８，
１３０ プリズム、１５，１６ レーザダイオード、３
０ リファレンス部材、３０ａ 軸心、５０ 補正レン
ズ。
───────────────────────────────────────────────────── 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） 2F065 AA03 AA14 BB05 BB29 CC27 DD03 EE02 FF07 FF42 GG06 HH05 HH17 JJ03 JJ26 LL12 LL59 PP03 QQ23 QQ25 QQ27 5F044 DD06 DD20

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 処理対象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
    れ前記処理対象を処理するツールと、を備えた処理装置
    におけるオフセット測定方法であって、 所定位置に配置された光源から測定方向に対する所定の
    傾斜角をもって基準パターンを前記ツールに向けて投影
    するステップと、 前記ツールに投影された前記基準パターンに基づいて前
    記ツールの位置を測定するステップと、 前記位置検出用撮像器の位置を測定するステップと、 これら測定結果に基づいてオフセット量を求めるステッ
    プと、を含むことを特徴とするオフセット測定方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のオフセット測定方法で
    あって、 前記位置検出用撮像器の位置を測定するステップは、前
    記位置検出用撮像器で所定の基準点を撮像することによ
    り実行されることを特徴とするオフセット測定方法。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載のオフセット測定方法で
    あって、 前記基準点は所定位置に設置されたリファレンス部材で
    あり、 前記投影するステップと前記ツールの位置を測定するス
    テップとはいずれも前記ツールを前記リファレンス部材
    に近接させた姿勢で実行され、 前記オフセット量を求めるステップは、前記ツールの位
    置を測定する際の姿勢と前記位置検出用撮像器で基準点
    を撮像する際の姿勢との間の位置検出用撮像器およびツ
    ールの移動量を特定するステップを更に含むことを特徴
    とするオフセット測定方法。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載のオフセット測定方法で
    あって、 前記投影するステップにおいて前記光源から前記ツール
    および前記リファレンス部材の両方に前記基準パターン
    を投影し、前記ツールの位置を測定するステップは前記
    ツールおよび前記リファレンス部材の両方の像光に基づ
    いて実行されることを特徴とするオフセット測定方法。
  5. 【請求項５】 請求項３または４に記載のオフセット測
    定方法であって、 前記ツールの位置を測定するステップは、前記ツールと
    前記リファレンス部材との像光を前記位置検出用撮像器
    に導くステップを更に含むことを特徴とするオフセット
    測定方法。
  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、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ツールと、を
    備えたボンディング装置であって、 所定位置に配置され測定方向に対する所定の傾斜角をも
    って基準パターンを前記ツールに向けて投影する光源を
    備え、 前記ツールに投影された前記基準パターンに基づいて前
    記ツールの位置を測定した測定値と、 前記位置検出用撮像器の位置を測定した測定値と、 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。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載のボンディング装置であ
    って、 前記位置検出用撮像器は所定の基準点を撮像することに
    より前記位置検出用撮像器の位置を測定することを特徴
    とするボンディング装置。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載のボンディング装置であ
    って、 前記基準点は所定位置に設置されたリファレンス部材で
    あり、 前記投影と前記ツールの位置の測定とはいずれも前記ツ
    ールを前記リファレンス部材に近接させた姿勢で実行さ
    れ、 前記ツールの位置を測定する際の姿勢と前記位置検出用
    撮像器で基準点を撮像する際の姿勢との間の位置検出用
    撮像器およびツールの移動量を特定する手段を更に含む
    ことを特徴とするオフセット測定装置。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載のオフセット測定方法で
    あって、 前記基準パターンの投影は前記光源から前記ツールおよ
    び前記リファレンス部材の両方に対して行われ、前記ツ
    ールの位置の測定は前記ツールおよび前記リファレンス
    部材の両方の像光に基づいて実行されることを特徴とす
    るオフセット測定装置。
  10. 【請求項１０】 請求項８または９に記載のボンディン
    グ装置であって、 前記ツールと前記リファレンス部材との像光を前記位置
    検出用撮像器に導く光学部材を更に備えたことを特徴と
    するオフセット測定装置。
  11. 【請求項１１】 処理対象を処理するツールの位置検出
    方法であって、 前記ツールおよび所定位置に設置されたリファレンス部
    材の両方に、所定位置に配置された光源から基準パター
    ンを投影するステップと、 前記ツールおよび前記リファレンス部材に投影された前
    記基準パターンに基づいて前記ツールの位置を測定する
    ステップと、を含むことを特徴とするツール位置検出方
    法。
  12. 【請求項１２】 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ツールと、
    前記位置検出用撮像器と前記ツールとを一体的に移動さ
    せるＸＹテーブルと、を備えたボンディング装置におい
    て、 所定位置に配置され測定方向に対する所定の傾斜角をも
    って基準パターンを前記ツールに向けて投影する光源
    と、 前記ツールと前記リファレンス部材との像光を前記位置
    検出用撮像器に導く光学部材と、を備え、 前記ツールを前記ＸＹテーブルにより前記リファレンス
    部材に近接させた第一の姿勢において前記ツールに投影
    された前記基準パターンに基づいて前記ツールの位置を
    測定した測定値と、該第一の姿勢において前記ツールお
    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
    器に導いて前記ツールと前記リファレンス部材とのＸＹ
    平面上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、 前記位置検出用撮像器を前記ＸＹテーブルにより所定位
    置に設置されたリファレンス部材に近接させた第二の姿
    勢において前記位置検出用撮像器と前記リファレンス部
    材とのＸＹ平面上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ツールの移動量と、 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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