JP2002319028A - 画像処理方法、同装置、およびボンディング装置 - Google Patents

画像処理方法、同装置、およびボンディング装置

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Kenji Sugawara
健二 菅原
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Shinkawa Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出対象が回転方向の位置ずれを含んだ姿勢
で配置されている場合にも、回転方向のパターンマッチ
ングを行うことなく、高精度の位置検出を行う。 【解決手段】 登録時には、基準画像（点線）と、これ
を既知の回転角だけ回転させた回転画像（実線）とのパ
ターンマッチングを行い、得られた回転後の位置の実測
値Ｘ１，Ｙ１と、回転画像の位置の理論値との差分を、
既知である回転角に応じた校正量ΔＸ１，ΔＹ１として
保持する。検出時には、回転方向の位置ずれを含んだ姿
勢で配置されている検出対象を撮像した検出対象画像
と、基準画像とのパターンマッチングにより実測値を検
出し、この実測値を校正量ΔＸ１，ΔＹ１で補正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は画像処理方法、同装
置、および同装置を含んで構成されるボンディング装置
に係り、特に検出対象と基準画像とのパターンマッチン
グを行うことにより検出対象の位置を検出するものに関
する。
【０００２】
【従来の技術】画像処理技術においては、検出対象の画
像中に含まれる既知の画像の位置を検出することによっ
て、検出対象の位置を検出するために、既知の画像とし
ての基準画像の一部をテンプレート画像として用いるパ
ターンマッチングが広く用いられている。
【０００３】このパターンマッチングを利用した位置検
出方法を、例えば半導体組立装置であるワイヤボンディ
ング装置を例として説明する。ワイヤボンディング装置
では、半導体チップ上のアルミニウムなどからなるボン
ディングパッドと、半導体チップを囲むように形成され
た導体からなるリードとを結ぶように、金線などからな
るワイヤをボンディングするが、このボンディング動作
に先立って、ボンディングを実行する点であるボンディ
ング点を、パターンマッチングを利用して算出する。
【０００４】まず、図１４に示すように、位置合わせ用
の基準点である各アライメント点３２ａを登録する。こ
の登録は、ＸＹテーブルの動作によりこれにボンディン
グヘッドおよびカメラアームを介して固定されたカメラ
を半導体チップに対し相対的に水平方向に移動可能とし
た構造、例えば図１に示すものと同様の構造のワイヤボ
ンディング装置において、半導体チップ１４ａを撮像し
ているカメラ７からの画像をモニタ３９の表示画面に表
示させながら、ボンディングヘッド２およびカメラアー
ム６を介してカメラ７を固定しているＸＹテーブル１を
移動させることにより視野を移動させ、モニタ３９の表
示画面に表示されている視野の中心を示すクロスマーク
３２の中心点３２ａを、半導体チップ１４ａ上の任意の
点に合わせて、手動入力手段３３の入力スイッチを押す
等の入力動作を行い、その際の中心点３２ａを中心とす
る矩形のレチクルマーク４２に囲まれた領域の画像を、
テンプレート画像として記憶すると共に、そのときのＸ
Ｙテーブル１上の座標を、アライメント点としてデータ
メモリ３６に記憶する。
【０００５】アライメント点は、検出誤差を最小にする
ために、一般的には半導体チップ１４ａ上の四隅付近の
対角線上から、パッド側について（Ｐａ１ｘ，Ｐａ１
ｙ）、（Ｐａ２ｘ，Ｐａ２ｙ）の２カ所、リード側につ
いて（Ｌａ１ｘ，Ｌａ１ｙ）、（Ｌａ２ｘ，Ｌａ２ｙ）
の２カ所を選択する。
【０００６】次に、個々のパッドＰやリードＬにおける
適宜の位置、典型的には各パッドＰやリードＬの略中央
の点に、クロスマーク３２の中心点３２ａを合わせ入力
スイッチを押すなどして、各ボンディング点の座標をデ
ータメモリ３６に記憶する。
【０００７】そしてランタイム（すなわち、製品の生産
時）の処理としては、検出対象となる新たな半導体デバ
イス１４を配置し、ＸＹテーブル１を演算装置の制御に
よって移動させ、登録されているアライメント点Ａ０の
近傍がカメラ７の視野となるようにし（図１５）、カメ
ラ７で半導体デバイス１４の画像をとらえ、登録されて
いる基準画像を使って、パターンマッチング検出によ
り、検出対象の画像と基準画像との一致量が最大となる
相対位置で基準画像を検出対象の画像と重ね合わせ、そ
の姿勢における中心点３２ａのＸＹテーブル１上の位置
座標と、先にテンプレート画像を登録した際の中心点３
２ａの位置であるアライメント点Ａ０のＸＹテーブル１
上の位置座標、例えば（Ｐａ１ｘ，Ｐａ１ｙ）との間の
位置ずれ量（ΔＸ，ΔＹ）を求める。同様にして残りの
アライメント点３２ａについての位置ずれを算出し、算
出した位置ずれ量（ΔＸ，ΔＹ）を、先にテンプレート
画像を登録した際のアライメント点の位置座標に、例え
ば（Ｐａ１ｘ＋ΔＸ，Ｐａ１ｙ＋ΔＹ）のように加算
し、得られた値を新たなアライメント点Ａｍとする。な
お、この「Ａｍ」は符号であって、ここにいう「ｍ」は
範囲を持つ数値ではない。
【０００８】次に、登録時の各パッド、リードのアライ
メント点Ａ０に対する相対位置を守った形で、新たなア
ライメント点Ａｍの位置から各パッド、リード位置を計
算にて求め出して（以下、位置補正と呼ぶ）、実ボンデ
ィング点を求める。そして、この実ボンディング点に対
してボンディング動作を実行する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、検出対象と
なる半導体デバイス１４が、回転方向の位置ずれを含ん
だ姿勢で配置されている場合には、登録された基準画像
を使ったパターンマッチング検出を行っても、高精度な
パッドＰ・リードＬの位置補正ができないという問題点
があった。
【００１０】これは、本来であれば、基準となるパター
ン（図１５におけるパッドＰ）について一致量が最大と
なるように検出対象の画像と基準画像とを重ねれば、基
準となるパターンに対する相対位置で規定される新たな
アライメント点Ａｍの位置は、同じく基準画像における
パッドＰとの相対位置で規定される元のアライメント点
Ａ０の位置と一致すべきところ、図１６に示すように、
検出対象である半導体デバイス１４が回転方向の位置ず
れを含んだ姿勢で配置されている場合には、基準となる
パターン（図１６におけるパッドＰ）について一致量が
最大となるように検出対象の画像と基準画像とを重ねて
も、元のアライメント点Ａ０と、新たなアライメント点
Ａｍとが一致しないためである。
【００１１】また、検出対象である半導体デバイス１４
等の姿勢の回転による影響を受けにくい点をアライメン
ト点とすればよいが、そのようなアライメント点をオペ
レータが探し出すことは困難である。この検出対象の回
転方向の位置ずれに起因する誤差は、パッドＰ間あるい
はリードＬ間のピッチが十分大きければ問題にならない
が、近年のファインピッチ化、すなわちパッドＰやリー
ドＬ間のピッチの精細化に対応する上では、大きな問題
となる。
【００１２】他方、基準画像を回転させながら、検出対
象の画像とのパターンマッチングを行う方法も種々提案
されており（例えば、特開平９−１０２０３９号公
報）、これによれば回転方向の位置ずれを考慮した位置
検出が可能であるが、回転方向に数度刻みのパターンマ
ッチングを、視野内の多くのポイントについて実行しな
ければならず、演算量が膨大になるため認識スピードが
遅く、実用的でない。
【００１３】そこで本発明の目的は、検出対象が回転方
向の位置ずれを含んだ姿勢で配置されている場合にも、
演算量が膨大となりがちな回転方向のパターンマッチン
グを行うことなく、高精度の位置検出を実現できる手段
を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】第１の本発明は、基準点
を含む基準画像を所定角度だけ回転させた回転画像にお
ける前記基準点の位置の理論値を算出する工程と、前記
回転画像にパターンマッチングを施して前記基準点の位
置の実測値を検出する工程と、前記理論値と前記実測値
との差分を前記所定角度に応じた校正量として保持する
工程と、検出対象の画像にパターンマッチングを施して
当該検出対象における少なくとも２つの基準点の位置の
実測値を検出する工程と、検出した少なくとも２つの基
準点の位置の実測値に基づいて、基準画像に対する検出
対象の回転角を算出する工程と、前記検出対象における
基準点の位置の実測値と、前記検出対象の回転角と、前
記校正量とに基づいて、前記検出対象における基準点の
正確な位置を算出する工程と、を含むことを特徴とする
画像処理方法である。
【００１５】第１の本発明では、あらかじめ回転画像と
基準画像とのパターンマッチングを実行することで、検
出対象の回転に対するパターンマッチング検出の誤差を
取得し、これを校正量として保持し、この校正量を検出
対象の回転角を考慮しつつ利用することで、ランタイム
における実測値を補正する。したがって、検出対象が回
転方向の位置ずれを含んだ姿勢で配置されている場合に
も、演算量が膨大となりがちな回転方向のパターンマッ
チングを行うことなく、高精度の位置検出を実現でき
る。
【００１６】第２の本発明は、第１の本発明の画像処理
方法であって、異なる複数の角度のそれぞれについて前
記校正量を保持することを特徴とする画像処理方法であ
る。
【００１７】第２の本発明では、異なる複数の角度のそ
れぞれについて校正量を保持するので、単一の角度につ
いての校正量を用いる場合に比べ、より正確な補正を実
行できる。
【００１８】第３の本発明は、第１または第２の本発明
の画像処理方法であって、前記検出対象の画像に対する
パターンマッチングにあたり前記少なくとも２つの基準
点を単一の画像フレームに含ませることを特徴とする画
像処理方法である。
【００１９】第３の本発明では、上記第１または第２の
本発明による効果に加え、位置合わせの際の画像の取り
込みを１回で済ませることができ、位置検出工程の作業
効率を向上できる。
【００２０】第４の本発明は、第１ないし第３のいずれ
かの本発明の画像処理方法であって、前記検出対象にお
ける基準点を基準として、前記検出対象における加工処
理点を算出する工程を更に含むことを特徴とする画像処
理方法である。
【００２１】第４の本発明では、基準点を基準として、
検出対象における加工処理点を算出するので、基準点の
位置が高精度に求められる結果として、加工処理点の位
置検出をも高精度化できる。
【００２２】第５の本発明は、第３の本発明の画像処理
方法であって、前記検出対象における前記画像フレーム
の外側に存在する前記加工処理点を算出することを特徴
とする画像処理方法である。
【００２３】第５の本発明では、検出対象における画像
フレームの外側に存在する加工処理点を算出するので、
従来のように複数のアライメント点に囲まれる領域の内
側に存在する加工処理点を算出する構成に比べ、複数の
基準点の撮像の間のカメラと検出対象との相対移動距離
を小さくすることができ、位置検出工程の作業効率を向
上できる。特に、第３の本発明のように少なくとも２つ
の基準点を単一の画像フレームに含ませる場合には、２
つの基準点の撮像の間におけるカメラと検出対象との相
対移動距離をゼロにすることができる。
【００２４】第６の本発明は、基準点を含む基準画像を
所定角度だけ回転させた回転画像における前記基準点の
位置の理論値を算出する理論値算出手段と、前記回転画
像にパターンマッチングを施して前記基準点の位置の実
測値を検出する試行処理手段と、前記理論値と前記実測
値との差分を前記所定角度に応じた校正量として保持す
る校正量保持手段と、検出対象の画像にパターンマッチ
ングを施して当該検出対象における少なくとも２つの基
準点の位置の実測値を検出する対象検出手段と、検出し
た少なくとも２つの基準点の位置の実測値に基づいて、
基準画像に対する検出対象の回転角を算出する対象回転
角算出手段と、前記検出対象における基準点の位置の実
測値と、前記検出対象の回転角と、前記校正量とに基づ
いて、前記検出対象における基準点の正確な位置を算出
する校正処理手段と、を含むことを特徴とする画像処理
装置である。また第７の本発明は、第６の本発明の画像
処理装置を含んで構成されるボンディング装置である。
第６および第７の本発明では、第１の本発明と同様の効
果を得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】＜第１実施形態＞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ダの概略構成を示す。図１におい
て、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の先端部にはツール４が取り付けられている。
ボンディングアーム３はＺ軸モータ（図示せず）により
鉛直方向上下に駆動される。ボンディングアーム３の上
方には、ワイヤＷを保持するクランパ５が設けられてお
り、ワイヤＷの下端はツール４に挿通されている。本実
施形態におけるツール４はキャピラリである。
【００２６】ボンディングヘッド２にはカメラアーム６
が固定されており、カメラアーム６にはカメラ７が固定
されている。カメラ７は、半導体チップ１４ａ等が搭載
された半導体デバイス１４を撮像するものである。ＸＹ
テーブル１は、その近傍に設置され２個のパルスモータ
等からなるＸＹテーブル用モータ（図示せず）により、
水平方向の互いに直交する座標軸方向である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。
【００２７】ＸＹテーブル１は、マイクロプロセッサな
どからなる制御部３４の指令により、モータ駆動部３０
およびＸＹテーブル用モータを介して駆動される。カメ
ラ７により撮像された画像は、変換されて電気信号であ
る画像データとなり、画像処理部３８により処理され、
制御部３４を経由して演算処理部３７に入力される。演
算処理部３７では、後述する位置検出に係る演算を含む
各種の演算が実行され、制御メモリ３５では、そのよう
な演算のためのプログラムやデータが一時的に保持され
る。制御部３４には、手動入力手段３３およびモニタ３
９が接続されている。手動入力手段３３は、少なくとも
ＸＹ方向の方向指示機能と入力ボタンによるセット信号
入力機能とを備えたマウス入力装置などのポインティン
グデバイス、および文字入力機能を備えた周知のキーボ
ードが好適である。
【００２８】モニタ３９は、ＣＲＴもしくは液晶表示装
置などからなり、その表示画面には、カメラ７により撮
像された画像や、関連する座標値・倍率などの数値、各
種の文字メッセージなどが、制御部３４の出力に基づい
て表示される。位置検出工程においては、表示画面に
は、図４に示すように、視野の中心を示すクロスマーク
３２と、このクロスマーク３２を囲む視野内の領域を示
すものとして表示・記憶される矩形のレチクルマーク４
２とが表示される。クロスマーク３２における縦線と横
線との交点は中心点３２ａである。
【００２９】データメモリ３６は、データ読み出し・書
き込み可能な周知のメモリやハードディスク装置などか
ら構成される。データメモリ３６の記憶領域にはデータ
ライブラリ３６ａが格納されており、このデータライブ
ラリ３６ａには、後述するテンプレート画像、相関値、
校正量テーブルＬＵＴ１，ＬＵＴ２などの過去の値やこ
れらの初期状態であるデフォルト値、および本装置の他
の動作に用いられる各種の設定値が記憶されており、ま
た制御部３４からの信号により各種の設定値が後述のと
おり記憶される。
【００３０】本実施形態では、まず新規の半導体デバイ
ス１４についての登録の処理として、アライメント点の
登録と、各ボンディング点の登録とが行われ、次に、ラ
ンタイムにおける処理として、パターンマッチングを用
いた位置検出が行われる。
【００３１】図２は、新規の半導体デバイス１４につい
ての登録の処理を示すフロー図である。まず、制御部３
４の出力によりＸＹテーブル１が駆動され、カメラ７が
１ｓｔアライメント点となるべき点の近傍に移動される
（Ｓ１０２）。この移動後にカメラ７によって取得され
る画像は図４に示すとおりである。
【００３２】次に、移動した姿勢におけるクロスマーク
３２の中心点３２ａの位置座標（Ｘｐ１，Ｙｐ１）が、
制御部３４の出力によりデータメモリ３６に記憶される
（Ｓ１０４）。なお、本実施形態では１ｓｔアライメン
ト点Ａ１として、パッドＰを含む視野の中心点である中
心点３２ａと一致する点を用いるが、パッドＰの中心点
をアライメント点としてもよい。
【００３３】また、この位置で半導体デバイス１４がカ
メラ７によって撮像され、電気信号に変換された画像デ
ータは、画像処理部３８で処理され、基準画像としてデ
ータメモリ３６のデータライブラリ３６ａに記憶される
（Ｓ１０６）。基準画像のうち、レチクルマーク４２で
囲まれる領域は、後述する位置検出の工程においてテン
プレート画像として用いられる。図４において実線で、
また図５ないし図８において点線で示される正立姿勢の
画像が、基準画像に相当する。
【００３４】次に、演算処理部３７において、基準画像
を＋Ｑ°（度）だけ回転させる処理が行われる（Ｓ１０
８）。この回転は、例えば図５におけるレチクルマーク
４２の左下隅の点Ｏを中心に行われる。このような回転
の処理の実行の結果として得られた画像を、以下「回転
画像」という。図５および図６、ならびに後述する図７
及び図８において、実線で描かれた傾斜した姿勢の画像
が、回転画像である。
【００３５】次に、回転画像と基準画像とのパターンマ
ッチングの処理として、回転画像における基準画像との
最一致点が、正規化相関演算を利用して検索される（Ｓ
１１０）。具体的には、次の数１において算出される回
転画像と基準画像との相関値Ｒが、回転画像の領域内の
各画素について、あるいは回転画像の領域内で離散的に
設けられた各基準点について演算され、相関値Ｒが最大
となる点が検索され前記最一致点として求まる。
【００３６】
【数１】
【００３７】ここで、Ｒ：相関値、Ｎ：回転画像内の画
素数、Ｉ：回転画像内の各位置の輝度値、Ｍ：回転画像
の輝度値である。
【００３８】次に、このようにして求められた最一致点
の座標（Ｘ１，Ｙ１）と、理論値との差分値（ΔＸ１，
ΔＹ１）が算出され、データメモリ３６に記憶される
（Ｓ１１２、図６）。この理論値は簡単な近似演算、例
えば点Ｏとクロスマーク３２の中心点３２ａとの間の距
離をｒ、回転角をθとすると、Ｘ成分につきｒ・ｓｉｎ
2θ、Ｙ成分につきｒ・ｓｉｎθｃｏｓθによって算出
する。なお、この近似演算は、微小角θを挟んだ半径ｒ
の扇形における弧長がｒ・ｓｉｎθで近似できることを
利用したものであるが、このような近似演算を用いずに
正確な演算を行ってもよいし、テーブル処理によって理
論値を求めてもよい。
【００３９】次に、現在の回転角が、予め定められてい
る最大回転角Ｍの範囲内かが判定され（Ｓ１１４）、肯
定の場合には、ステップＳ１０８ないしＳ１１２の処理
が繰り返し実行される。このようにして、回転角Ｑ，２
Ｑ，３Ｑ，４Ｑ，５Ｑの場合のそれぞれについて、差分
値（ΔＸ１，ΔＹ１）が算出される。
【００４０】現在の回転角が最大回転角Ｍに達した場合
には、次に回転角が０°にリセットされ（Ｓ１１６）、
ステップＳ１１８ないしＳ１２４において、基準画像を
−Ｑ°ずつ回転（図７）させながら同様の処理が行わ
れ、回転角−Ｑ，−２Ｑ，−３Ｑ，−４Ｑ，−５Ｑの場
合のそれぞれについて、理論値との差分値（ΔＸ１，Δ
Ｙ１）が算出され、データメモリ３６に記憶される。現
在の回転角が予め定められている最大回転角−Ｍを下回
った場合には、ステップＳ１２６に移行する。
【００４１】ステップＳ１２６では、１ｓｔアライメン
ト点Ａ１についての校正量テーブルＬＵＴ１が作成さ
れ、データメモリ３６に記憶される。この校正量テーブ
ルＬＵＴ１は、図９に示すように、回転角と、その回転
角のときの差分値（ΔＸ１，ΔＹ１）とが互いに関連づ
けられて記憶されたものである。
【００４２】次に、１ｓｔアライメント点Ａ１について
の処理（Ｓ１０２ないしＳ１２６）と同様にして、２ｎ
ｄアライメント点Ａ２について回転角とその回転角のと
きの差分値（ΔＸ２，ΔＹ２）とが算出され、校正量テ
ーブルＬＵＴ２が作成され、データメモリ３６に記憶さ
れる（Ｓ１２８）。
【００４３】次に、各ボンディング点の座標が登録され
る（Ｓ１３０）。この各ボンディング点の座標の登録
は、１ｓｔアライメント点Ａ１・２ｎｄアライメント点
Ａ２として選択されたパッドＰ以外の、個々のパッドＰ
やリードＬについて、それらの適宜の位置、典型的には
各パッドＰやリードＬの略中央の点に視野を移動させ、
クロスマーク３２の中心点３２ａを合わせて手動入力手
段３３の入力スイッチを押すなどして、各ボンディング
点の座標をデータメモリ３６に記憶させることによって
行われる。なお、このようなマニュアル的な入力方法に
代えて、各パッドＰやリードＬの略中央の点を画像処理
により求め、これらの座標値をデータメモリ３６に記憶
することとしてもよい。以上が、新規の半導体デバイス
１４についての登録の際の処理である。
【００４４】ランタイムの処理は、図３および図１０に
示すとおりである。まず、検出対象となる新たな半導体
デバイス１４を配置し、ＸＹテーブル１を制御部３４の
出力によって動作させ、カメラ７の視野の中心点が１ｓ
ｔアライメント点Ａ１の位置（Ｘｐ１，Ｙｐ１）と一致
するように、カメラ７を移動させる（Ｓ２０２）。そし
て、この位置から、検出対象である半導体デバイス１４
をカメラ７で撮像することにより、検出対象画像が取得
される。
【００４５】次に、検出対象画像と、登録されている基
準画像とのパターンマッチングが行われ、検出対象にお
ける基準画像との最一致点Ａｍ１（Ｘｍ１，Ｙｍ１）
が、正規化相関演算を利用して検索される（Ｓ２０４、
図１０）。なお、「最一致点Ａｍ１」における「Ａｍ
１」、および後述する「最一致点Ａｍ２」における「Ａ
ｍ２」はいずれも符号であって、ここにいう「ｍ」は範
囲を持つ数値ではない。この演算は、上記数１と同様の
正規化相関の式によって行われ、検出対象画像と基準画
像との相関値Ｒが、検出対象画像の領域内の各画素につ
いて、あるいは検出対象画像の領域内で離散的に設けら
れた各基準点について演算され、相関値Ｒが最大となる
点が検索される。
【００４６】次にステップＳ２０６およびＳ２０８にお
いて、２ｎｄアライメント点につき同様の処理が行わ
れ、基準画像との最一致点Ａｍ２の位置座標（Ｘｍ２，
Ｙｍ２）が得られる。
【００４７】そして、検出された最一致点Ａｍ１，Ａｍ
２の位置座標（Ｘｍ１，Ｙｍ１），（Ｘｍ２，Ｙｍ２）
と、１ｓｔアライメント点Ａ１および２ｎｄアライメン
ト点Ａ２の位置座標（Ｘｐ１，Ｙｐ１），（Ｘｐ２，Ｙ
ｐ２）とを用いて、検出対象である半導体デバイス１４
の回転角θが算出される（Ｓ２１０）。この演算は、最
一致点Ａｍ１，Ａｍ２を結ぶ線分の傾斜角度と、１ｓｔ
アライメント点Ａ１および２ｎｄアライメント点Ａ２を
結ぶ線分の傾斜角度との差を求めることで実行される。
【００４８】次に、得られた回転角θを使用して、校正
量テーブルＬＵＴ１，ＬＵＴ２が検索され、その回転角
θに対応する１ｓｔアライメント点Ａ１および２ｎｄア
ライメント点Ａ２についての校正量が、それぞれ算出さ
れる（Ｓ２１２）。この処理は、校正量テーブルＬＵＴ
１，ＬＵＴ２に離散的に記憶されている回転角−５Ｑ〜
＋５Ｑのうち、回転角θに最も近いものについて記憶さ
れている差分値（ΔＸ１，ΔＹ１），（ΔＸ２，ΔＹ
２）を選択することで近似的に実行してもよいし、校正
量テーブルＬＵＴ１，ＬＵＴ２に離散的に記憶されてい
る回転角または差分値に適宜の補間計算を施すこととし
てもよい。
【００４９】次に、このようにして求められた校正量
（ΔＸ１，ΔＹ１），（ΔＸ２，ΔＹ２）を、最一致点
Ａｍ１，Ａｍ２の位置座標（Ｘｍ１，Ｙｍ１），（Ｘｍ
２，Ｙｍ２）に加算し、これにより、検出対象の半導体
デバイス１４における１ｓｔアライメント点Ａ１および
２ｎｄアライメント点Ａ２の正確な位置を算出する（Ｓ
２１４）。このようにして、補正された１ｓｔアライメ
ント点Ａｃ１の位置座標（Ｘｍ１＋ΔＸ１，Ｙｍ１＋Δ
Ｙ１）、および、補正された２ｎｄアライメント点Ａｃ
２の位置座標（Ｘｍ２＋ΔＸ２，Ｙｍ２＋ΔＹ２）が求
められる。
【００５０】そして、先にステップＳ１３０で登録され
ている各ボンディング点の座標に基づき、１ｓｔアライ
メント点Ａ１および２ｎｄアライメント点Ａ２に対する
相対位置を守った形で、新たな半導体デバイス１４にお
ける１ｓｔアライメント点Ａｃ１および２ｎｄアライメ
ント点Ａｃ２の位置から各パッドＰ、リードＬの位置を
計算にて求め出して（位置補正）、実ボンディング点を
求める（Ｓ２１６）。
【００５１】そして、この実ボンディング点に対してボ
ンディング動作を実行する（Ｓ２１８）。具体的には、
制御部３４の出力によりＸＹテーブル１を駆動してツー
ル４を各実ボンディング点に移動してボンディングを行
う。
【００５２】以上のとおり、本実施形態では、１ｓｔ・
２ｎｄアライメント点Ａ１，Ａ２を含む基準画像を所定
角度だけ回転させた回転画像における前記１ｓｔ・２ｎ
ｄアライメント点Ａ１，Ａ２の位置の理論値を算出し
（Ｓ１１２，Ｓ１２２）、他方、回転画像にパターンマ
ッチングを施して実測値（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ
２）を検出する（Ｓ１１０，Ｓ１２０）。そして、理論
値と実測値との差分（ΔＸ１，ΔＹ１），（ΔＸ２，Δ
Ｙ２）を、回転角に応じた校正量として保持する（Ｓ１
２６，Ｓ１２８）。ランタイムにおいては、検出対象の
半導体デバイス１４の画像にパターンマッチングを施し
て実測値としての最一致点Ａｍ１，Ａｍ２の位置座標
（Ｘｍ１，Ｙｍ１），（Ｘｍ２，Ｙｍ２）を検出し、検
出した実測値に基づいて、基準画像に対する半導体デバ
イス１４の回転角θを算出する（Ｓ２１０）。そして、
実測値としての最一致点Ａｍ１，Ａｍ２の位置座標（Ｘ
ｍ１，Ｙｍ１），（Ｘｍ２，Ｙｍ２）と、回転角θと、
校正量（ΔＸ１，ΔＹ１），（ΔＸ２，ΔＹ２）とに基
づいて、基準点の正確な位置としての補正された１ｓｔ
アライメント点Ａｃ１の位置座標（Ｘｍ１＋ΔＸ１，Ｙ
ｍ１＋ΔＹ１）、および、補正された２ｎｄアライメン
ト点Ａｃ２の位置座標（Ｘｍ２＋ΔＸ２，Ｙｍ２＋ΔＹ
２）を算出する（Ｓ２１２，Ｓ２１４）。
【００５３】このように本実施形態では、あらかじめ回
転画像と基準画像とのパターンマッチングを実行するこ
とで、検出対象の半導体デバイス１４の回転に対するパ
ターンマッチング検出の誤差を取得し、これを校正量
（ΔＸ１，ΔＹ１），（ΔＸ２，ΔＹ２）として保持
し、この校正量（ΔＸ１，ΔＹ１），（ΔＸ２，ΔＹ
２）を半導体デバイス１４の回転角θを考慮しつつ利用
することで、ランタイムにおける実測値Ａｍ１，Ａｍ２
を補正する。したがって、検出対象の半導体デバイス１
４が回転方向の位置ずれを含んだ姿勢で配置されている
場合にも、演算量が膨大となりがちな回転方向のパター
ンマッチングを行うことなく、高精度の位置検出を実現
できる。
【００５４】また本実施形態では、異なる複数の回転角
−５Ｑ〜＋５Ｑのそれぞれについて校正量（ΔＸ１，Δ
Ｙ１），（ΔＸ２，ΔＹ２）を保持するので、単一の角
度についての校正量を用いる場合に比べ、より正確な補
正を実行できる。
【００５５】＜第２実施形態＞次に、第２実施形態につ
いて説明する。第２実施形態は、単一の検出対象につい
て２つのアライメント点を特定し、かつ、検出対象の画
像に対するパターンマッチングにあたり、前記２つのア
ライメント点を、単一の画像フレームに含ませるもので
ある。第２実施形態の機械的構成は、上記第１実施形態
のものと同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５６】図１１に示すとおり、第２実施形態では、
半導体チップ１４ａにおけるパッドＰの位置に対して内
側の領域に、２つの基準パターンＤ，Ｅを備えた半導体
デバイス１４を使用する。本実施形態では、これら基準
パターンＤ，Ｅにおける各中心点Ｄｃ，Ｅｃが、それぞ
れ１ｓｔアライメント点Ａ１および２ｎｄアライメント
点Ａ２として用いられる。また、パッドＰの各中心点
が、ボンディング点となる。すなわち、２つの基準パタ
ーンＤ，Ｅの中心点Ｄｃ，Ｅｃ（アライメント点Ａ１，
Ａ２）を撮像する際の画像フレームである矩形のレチク
ルマーク４２に囲まれた領域の外側に、加工処理点とし
てのボンディング点が存在する。
【００５７】第２実施形態の動作について説明する。図
１２において、まず、制御部３４の出力によりＸＹテー
ブル１が駆動され、カメラ７が、１ｓｔアライメント点
となるべき点および２ｎｄアライメント点となるべき点
（中心点Ｄｃ，Ｅｃ）をその視野内に含む位置、具体的
には基準パターンＤ，Ｅの両者がレチクルマーク４２に
囲まれるような位置に移動される（Ｓ３０２）。移動し
た姿勢におけるクロスマーク３２の中心点３２ａの位置
は、基準撮像点の座標（Ｘｐ１，Ｙｐ１）として、制御
部３４の出力によりデータメモリ３６に記憶される（Ｓ
３０４）。また、この位置で半導体デバイス１４がカメ
ラ７によって撮像され、電気信号に変換された画像デー
タは、画像処理部３８で処理され、基準画像としてデー
タメモリ３６に記憶される（Ｓ３０６）。
【００５８】ここで、このようにして取得された基準画
像において、矩形のレチクルマーク４２で囲まれる領域
は、クロスマーク３２によって上下左右に各２等分され
る。この分割された計４つの領域のうち、目印となる基
準パターンＤ，Ｅが含まれる２つの領域を、それぞれ小
基準画像Ｔｄ，Ｔｅとする。
【００５９】そして、上記第１実施形態におけるステッ
プＳ１０８ないしＳ１３０と同様の処理により、１ｓｔ
・２ｎｄアライメント点Ａ１，Ａ２としての中心点Ｄ
ｃ，Ｅｃについて、回転角と、その回転角のときの差分
値（ΔＸ１，ΔＹ１），（ΔＸ２，ΔＹ２）とが互いに
関連づけられて記憶された校正量テーブルＬＵＴ１，Ｌ
ＵＴ２がそれぞれ作成され、データメモリ３６に記憶さ
れる（Ｓ３０８ないしＳ３２８）。ただし、２ｎｄアラ
イメント点としての中心点Ｅｃを含む基準パターンＥの
画像は、先にステップＳ３０６における撮像の際に既に
取得されているので、ステップＳ３２６では、基準パタ
ーンＥの撮像を再度は行わない。すなわち、１度の半導
体デバイス１４の撮像により、基準パターンＤ，Ｅの両
方についての画像が取得される。
【００６０】ランタイムの処理（図１３）では、上記第
１実施形態と同様に、新たな半導体デバイス１４におけ
る中心点Ｄｃ，Ｅｃを基準としたパターンマッチングの
結果を利用して、実測値としての最一致点Ａｍ１，Ａｍ
２の位置座標（Ｘｍ１，Ｙｍ１），（Ｘｍ２，Ｙｍ２）
と、回転角θと、校正量テーブルＬＵＴ１，ＬＵＴ２に
記憶されている校正量とに基づいて、基準点の正確な位
置としての補正された１ｓｔ・２ｎｄアライメント点の
位置座標を算出する。ただし本実施形態では、２ｎｄア
ライメント点としての中心点Ｅｃに相当する部分の画像
は、先にステップＳ４０４における撮像の際に既に取得
されているので、再度の撮像は行わない。すなわち、１
度の半導体デバイス１４の撮像により、基準パターン
Ｄ，Ｅの両方についての画像が取得される。
【００６１】以上のとおり、第２実施形態では、単一の
検出対象である半導体デバイス１４について、２つのア
ライメント点Ａ１，Ａ２である各中心点Ｄｃ，Ｅｃを特
定し、かつ、検出対象と基準画像とのパターンマッチン
グにあたり、中心点Ｄｃ，Ｅｃを単一の画像フレームで
あるカメラ７の視野中のレチクルマーク４２に囲まれた
領域内に含ませることとした。したがって、検出対象の
半導体デバイス１４における基準パターンＤ，Ｅのそれ
ぞれについて別個に画像の取り込みを行うことなく、位
置合わせの際の画像の取り込みを１回で済ませることが
でき（Ｓ４０４）、位置検出工程の作業効率を向上でき
る。
【００６２】また第２実施形態では、検出対象である半
導体デバイス１４について、画像フレームとしてのレチ
クルマーク４２の外側に存在するボンディング点を算出
するので、従来のように複数のアライメント点に囲まれ
る領域の内側に存在するボンディング点を算出する構成
に比べ、複数のアライメント点の撮像の間のカメラと検
出対象との相対移動距離を小さくすることができ、特
に、第２実施形態では中心点Ｄｃ，Ｅｃを単一の画像フ
レームであるレチクルマーク４２に囲まれた領域内に含
ませたので、検出対象である半導体デバイス１４の２つ
のアライメント点Ａ１，Ａ２の撮像の間におけるカメラ
７と半導体デバイス１４との相対移動距離をゼロにする
ことができる。したがって、位置検出工程の作業効率を
向上でき、特に大型の半導体デバイス１４に対するボン
ディングに好適である。
【００６３】なお、上記各実施形態では、基準画像と回
転画像との一致量、あるいは基準画像と入力された画像
との一致量を評価する指標として、相関値を用いたが、
このような構成は例示にすぎず、本発明における一致量
としては、一致する度合いを評価するための他の種々の
公知の方法を採用でき、例えば残差を用いる方法でもよ
い。また、２値画像同士の一致量を評価する場合には、
値の一致するピクセルを１、一致しないピクセルを０と
カウントする方法によるカウント値を、一致量として用
いることができる。
【００６４】また、上記各実施形態では、パッドＰや基
準パターンＤ，Ｅを利用してアライメント点を算出する
こととしたが、アライメント点がパッドＰや基準パター
ンＤ，Ｅを利用して定められることは必須でなく、半導
体デバイス１４に現れる検出可能なユニークな形状であ
れば他のパターン、とくに半導体チップ１４ａの一部の
形状や、複数のパターンのユニークな配列、もしくはそ
れらの組み合わせを利用することも可能である。また、
上記各実施形態では、主としてパッドＰにおけるボンデ
ィング点を算出する工程について説明したが、同様の工
程をリードＬやその他の部材におけるボンディング点の
算出において実行することも、勿論可能である。また、
上記各実施形態ではアライメント点の個数を２個とした
が、３個以上のアライメント点を用いる構成の装置に本
発明を適用することも可能である。
【００６５】また、上記各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例について説明したが、本
発明は他の種類の半導体製造装置や、パターンマッチン
グを用いた他の装置における位置検出について広く適用
でき、かかる構成も本発明の範疇に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係るボンディング装置の
概略構成を示すブロック図である。
【図２】 第１実施形態における新規半導体デバイスの
登録処理の一例を示すフロー図である。
【図３】 第１実施形態におけるランタイムの処理の一
例を示すフロー図である。
【図４】 第１実施形態における基準画像を示す説明図
である。
【図５】 第１実施形態における回転画像（正方向）を
示す説明図である。
【図６】 第１実施形態における回転画像（正方向）に
対するパターンマッチングの工程を示す説明図である。
【図７】 第１実施形態における回転画像（逆方向）を
示す説明図である。
【図８】 第１実施形態における回転画像（逆方向）に
対するパターンマッチングの工程を示す説明図である。
【図９】 校正量テーブルを示す説明図である。
【図１０】 第１実施形態における検出対象画像と基準
画像とのパターンマッチングの工程を示す説明図であ
る。
【図１１】 第２実施形態に用いられる半導体デバイス
を示す平面図である。
【図１２】 第２実施形態における新規半導体デバイス
の登録処理の一例を示すフロー図である。
【図１３】 第２実施形態におけるランタイムの処理の
一例を示すフロー図である。
【図１４】 従来におけるアライメント点の設定工程を
示す説明図である。
【図１５】 従来における検出対象画像と基準画像との
パターンマッチングの工程を示す説明図である。
【図１６】 従来の方法における位置検出誤差の発生原
因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 ４ ツール ５ クランパ ７ カメラ １４ 半導体デバイス １４ａ 半導体チップ ３２ クロスマーク ３２ａ 中心点 ３３ 手動入力手段 ３４ 制御部 ３６ データメモリ ３６ａ データライブラリ ３７ 演算処理部 ３８ 画像処理部 ３９ モニタ ４２ レチクルマーク Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａｃ１，Ａｃ２ アライメント点 Ａｍ 新たなアライメント点 Ａｍ１，Ａｍ２ 最一致点 Ｌ パッド Ｐ パッド Ｗ ワイヤ ＬＵＴ１，ＬＵＴ２ 校正量テーブル

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基準点を含む基準画像を所定角度だけ回
    転させた回転画像における前記基準点の位置の理論値を
    算出する工程と、 前記回転画像にパターンマッチングを施して前記基準点
    の位置の実測値を検出する工程と、 前記理論値と前記実測値との差分を前記所定角度に応じ
    た校正量として保持する工程と、 検出対象の画像にパターンマッチングを施して当該検出
    対象における少なくとも２つの基準点の位置の実測値を
    検出する工程と、 検出した少なくとも２つの基準点の位置の実測値に基づ
    いて、基準画像に対する検出対象の回転角を算出する工
    程と、 前記検出対象における基準点の位置の実測値と、前記検
    出対象の回転角と、前記校正量とに基づいて、前記検出
    対象における基準点の正確な位置を算出する工程と、 を含むことを特徴とする画像処理方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の画像処理方法であっ
    て、 異なる複数の角度のそれぞれについて前記校正量を保持
    することを特徴とする画像処理方法。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の画像処理方法
    であって、 前記検出対象の画像に対するパターンマッチングにあた
    り前記少なくとも２つの基準点を単一の画像フレームに
    含ませることを特徴とする画像処理方法。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の画
    像処理方法であって、 前記検出対象における基準点を基準として、前記検出対
    象における加工処理点を算出する工程を更に含むことを
    特徴とする画像処理方法。
  5. 【請求項５】 請求項３に記載の画像処理方法であっ
    て、 前記検出対象における前記画像フレームの外側に存在す
    る前記加工処理点を算出することを特徴とする画像処理
    方法。
  6. 【請求項６】 基準点を含む基準画像を所定角度だけ回
    転させた回転画像における前記基準点の位置の理論値を
    算出する理論値算出手段と、 前記回転画像にパターンマッチングを施して前記基準点
    の位置の実測値を検出する試行処理手段と、 前記理論値と前記実測値との差分を前記所定角度に応じ
    た校正量として保持する校正量保持手段と、 検出対象の画像にパターンマッチングを施して当該検出
    対象における少なくとも２つの基準点の位置の実測値を
    検出する対象検出手段と、 検出した少なくとも２つの基準点の位置の実測値に基づ
    いて、基準画像に対する検出対象の回転角を算出する対
    象回転角算出手段と、 前記検出対象における基準点の位置の実測値と、前記検
    出対象の回転角と、前記校正量とに基づいて、前記検出
    対象における基準点の正確な位置を算出する校正処理手
    段と、 を含むことを特徴とする画像処理装置。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の画像処理装置を含んで
    構成されるボンディング装置。
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