JP2004253521A - ボンディング装置及びボンディング外観検査装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ボンディング装置において、光学測定器の合焦点位置を変える際に生ずる像ずれを防ぐことである。
【解決手段】ワイヤボンダー５０において、載物台６０の上の物体から出た光線６６は、光路長を変更するための平行平板通過光路８０を経由し、光線６８として撮像カメラ７０に到達する。平行平板通過光路８０は、その光路中にハーフミラー８２と、平行平板８６と、平行平板８６を通過した光線９６の光軸に対し垂直に配置され、光線９６に対し鏡映操作を施し、反射光９８として再び平行平板８６に戻す反射鏡８８を備える。物体からの光線６６は、平行平板８６を１度通過した後、光軸に対し垂直な面で鏡映操作が施されて再び平行平板８６を通過するので、平行平板８６を通過したことで生ずる像ずれを相殺することができる。
【選択図】 図３
【解決手段】ワイヤボンダー５０において、載物台６０の上の物体から出た光線６６は、光路長を変更するための平行平板通過光路８０を経由し、光線６８として撮像カメラ７０に到達する。平行平板通過光路８０は、その光路中にハーフミラー８２と、平行平板８６と、平行平板８６を通過した光線９６の光軸に対し垂直に配置され、光線９６に対し鏡映操作を施し、反射光９８として再び平行平板８６に戻す反射鏡８８を備える。物体からの光線６６は、平行平板８６を１度通過した後、光軸に対し垂直な面で鏡映操作が施されて再び平行平板８６を通過するので、平行平板８６を通過したことで生ずる像ずれを相殺することができる。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボンディング装置及びボンディング外観検査装置に係り、特に複数の高さを持つボンディング対象に対し合焦点位置を可変する光学測定器を用いてボンディングを行うボンディング装置及びボンディング対象を検査するボンディング外観検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板にチップを位置決めしてダイボンディングするダイボンダーや、基板のリードとチップのパッドとの間をワイヤで接続するワイヤボンダー等のボンディング装置では、基板やチップ、リードやパッド等の位置関係を位置検出カメラ等によって測定し、位置決めを行いつつボンディング作業が行われる。
【０００３】
基板とチップ、リードとパッドとの間には高さの差があるので、位置検出カメラにおいては、測定する対象の高さに合わせて合焦点位置を調整する必要がある場合がある。光路中に適当な厚みと屈折率を有する平行平板を挿入することで光学系の合焦点位置を可変することが知られているが、その原理を用いて、特許文献１には立体形状測定器が、特許文献２には三次元撮像装置が、特許文献３にはカメラが、特許文献４には顕微鏡がそれぞれ開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１２６７３９号公報
【特許文献２】
特開平８−３０４０４３号公報
【特許文献３】
特開平５−８８０９１号公報
【特許文献４】
特開平５−２９２３７９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ＬＳＩ等の半導体装置の微細化に伴い、ボンディング装置において位置決めの高精度化が要求されてきている。例えば、複数のチップを高密度にダイボンディングするために基板とチップとの間の位置決めがより細かくなり、また、リードやパッドのファインピッチ化に対応するためにリードとパッドとの間の位置決めがより正確に行うことが要求される。
【０００６】
また、チップの上にさらにチップを積み上げてダイボンディングやワイヤボンディングを行ういわゆるスタックド素子が開発され、焦点を合わすべきボンディング対象の高さの差も大きくなる傾向にあり、正確な位置決めのために合焦点位置の可変範囲を広くすることの必要性が増してきている。
【０００７】
また、ボンディング対象について、ボンディング前後において外観検査を行う場合にも、正確な位置決めが行われているか等の検査のために、合焦点位置の可変範囲を広くすることの要求が強くなってきている。
【０００８】
このように高さの差が大きくなり、位置決め精度が細かくなると、平行平板を光路中に挿入して光路長を可変する従来技術では十分な精度の測定ができない。その様子を図１４に示す。図１４（ａ）は、光軸１０と平行平板１２の平行面法線が正確に平行になるように、平行平板１２が光路中に置かれた場合で、（ｂ）は、平行平板１２の平行面法線が光軸１０に対してやや傾斜して平行平板１２が光路中に置かれた場合を示す。（ａ）において、仮に平行平板が光路中に置かれないときの光線１４が光軸１０上の点１６で合焦したとすると、平行平板１２を光路中に置くと、平行平板１２の厚みと屈折率に従って光線１４の合焦点位置が光軸上でシフトし点１８に移動する。すなわち、光学系の光路長が伸びて、合焦点位置が変化する。
【０００９】
図１４（ｂ）のように平行平板１２が光軸１０に対し傾いて設定されると、光線１４の合焦点位置は光軸１０の上に来ず、光軸１０に垂直な面内で光軸１０から乖離した点２０になる。つまり、光線１４の合焦点位置は、平行平板が正確に光軸１０に垂直に置かれたときの点１８からΔＬ離れた点２０にずれることになる。
【００１０】
位置検出カメラにおいてボンディング対象の像を検出するのはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）のような２次元撮像素子であるので、光軸１０に垂直な面内における合焦点位置のずれは、２次元平面における像のずれとなる。したがって、リードやパッド等の像が撮像面内でずれることになるので、リードやパッド等の位置を正確に検出できない。
【００１１】
本発明の目的は、かかる従来技術の課題を解決し、合焦点位置を変える際に生ずる像ずれを防ぐことができる光学測定器を備えるボンディング装置及びボンディング外観検査装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
１．本発明の原理
本発明は、平行平板が光軸に対し正確に垂直に置かれないときの像ずれのメカニズムを解析した結果、一定の条件の下で平行平板を２度通過させた光線を用いることで、光線が平行平板を１度通過する際に生ずる像ずれを相殺できることを見出したことに基づく。
【００１３】
図１は、光軸１０に対し平行平板１２の平行面法線が角度αだけ傾いたときの光線１４の進む様子を示す図である。図では、平行平板１２の一方の面に光軸１０上の点３２において入射する光線１４が示されている。光軸１０を基準にして、光線１４が平行平板１２に入射するときの角度をθ、平行平板１２に入射後の角度をβとする。空気の屈折率をＮ、平行平板１２の屈折率をＮ’とし、平行平板の厚みをｄとすると、屈折の法則により、
【数１】
Ｎ（θ＋α）＝Ｎ’（β＋α） （１）
【数２】
β＝｛Ｎ（θ＋α）／Ｎ’｝−α （２）
となる。
【００１４】
但し、角度α、β、θは、近似的にｓｉｎα＝α、ｓｉｎβ＝β、ｓｉｎθ＝θとおける範囲であるとしている。この近似が適用される範囲としては、例えばｓｉｎαがおよそ０．１以下の範囲である。このような近似が行われる範囲に適用制限を行う理由は、平行平板はこの近似を超える範囲では球面収差や非点収差等を発生させるからである。収差を発生させない光路長変更素子、例えば後に述べる平行反射鏡や４反射面反射鏡においては、この制限なしで用いてもよい。
【００１５】
光線１４が平行平板１２の厚みｄを通過するときの光軸１０を基準とした高さの変化Ｌは、光線１４が平行平板１２を出る点３４の光軸１０からの距離であるので、
【数３】
Ｌ＝βｄ＝［｛Ｎ（θ＋α）／Ｎ’｝−α］ｄ （３）
となる。この中で平行平板１２の傾き角度αの成分をΔＬとすると、
【数４】
ΔＬ＝［｛Ｎα／Ｎ’｝−α］ｄ （４）
であることがわかる。
【００１６】
式（４）の結果から、傾き角度−αのときにおける光線の高さ変化成分ΔＬ’は、
【数５】
ΔＬ’＝［−｛Ｎα／Ｎ’｝＋α］ｄ （５）
となり、ΔＬ’＝−ΔＬである。つまり、図２のように、傾き角度αの平行平板３６を通過した光線を、再度傾き角度−αの平行平板３８を通過させると、式（３）より、平行平板３６の厚みを通過するときの光線の高さ変化Ｌ１は、
【数６】
Ｌ１＝βｄ＝［｛Ｎ（θ＋α）／Ｎ’｝−α］ｄ （６）
平行平板３８の厚みを通過するときの光線の高さ変化Ｌ２は、
【数７】
Ｌ２＝βｄ＝［｛Ｎ（θ−α）／Ｎ’｝＋α］ｄ （７）
となり、光線１４を平行平板３６と平行平板３８とを通過させることで
【数８】
Ｌ１＋Ｌ２＝２｛Ｎθ／Ｎ’｝ｄ （８）
となって、平行平板の傾き角度による光線の高さ方向のずれ、すなわち像ずれを相殺できる。
【００１７】
１枚の平行平板に対してΔＬ’＝−ΔＬとするには、一定の条件の下でその１枚の平行平板に２度光線を通過させればよい。その条件は、式（１）から式（８）への計算過程で理解できるように、以下の３つにまとめることができる。
（ａ）傾き角度αは、近似的にｓｉｎα＝αとおける範囲の小さい角度であること。上記のように、この条件は平行平板のときに適用される。
（ｂ）一度目の入射の際における傾き角度をαとすれば、２度目の入射の際における傾き角度を−αとなるようにすること。
（ｃ）平行平板に２度光線を通過させるあいだに、いわゆるパワーを有する光学素子を光線が通過しないこと。ここでパワーとは、焦点距離ｆの逆数である屈折力のことで、パワーを有する光学素子とは、光軸に対する光線の角度を変えることができる素子のことで、代表的にはレンズである。（ｃ）の条件を求める理由は、１度目の平行平板通過時に生じた像ずれを打ち消さないまま、パワーを有する光学素子を通過すると、補正が困難な像の変形が生ずるからである。
【００１８】
したがって、撮像カメラ等の光学系の内部においても条件（ａ）から（ｃ）を満たせば、本発明の原理を実現できる。但し、撮像カメラ等の光学系が物体側テレセントリック光学系のときは、物体側に一番近いレンズの外側、つまり、レンズ系の外側に平行平板を配置することが好ましい。つまり、物体側テレセントリック光学系とは、物体側の主光線（絞りの位置で光軸に交わる光線）が光軸に対しほぼ平行になる光学系であり、物体側の主光線に対し平行平板を配置することが上記の３つの条件を理想的に満たすことができるからである。
【００１９】
条件（ａ）から（ｃ）を満たして、光路中に図らずも傾いて配置された１枚の平行平板に対しΔＬ’＝−ΔＬとして、傾き配置による像ずれを相殺するには以下の２つの方法をとることができる。
【００２０】
第１の方法は、平行平板を通過した光線に対し光軸に垂直な面で鏡映操作を行い、平行平板の裏側（つまり光線が出てきた側）から再度入射することである。例えば、平行平板の裏側に光軸に垂直に反射面がくるように反射鏡を設ける。この場合は、平行平板の裏側から入射するので、平行平板の傾き角度がちょうど−αになるからである。
【００２１】
なお、鏡映または鏡映操作とは、点Ｐと面ａとが与えられたとき、Ｐからａに垂線ＰＯを下し、その延長上でＰＯの長さと等しい長さＰＯ’となる条件を満たす点Ｐ’を得る操作をいう。Ｐ’はａに平面鏡がある場合のＰの鏡像に相当し、一般にａに関する鏡像という。具体的な例としては、光軸に垂直に置かれた反射鏡に光線を入射すると、反射光は、入射光に対し鏡映操作された光線である。
【００２２】
鏡映操作を行うには、反射鏡による１回の反射の他、例えば５角プリズムと３角プリズムを用いて３回の反射による光を用いてもよい。一般的には、奇数回反射した光を用いることができる。
【００２３】
第２の方法は、平行平板を通過した光線を、光軸周りに１８０度回転させ、その回転させた光線を、平行平板の表側（つまり最初に光線が入射した側）から再度入射することである。この場合も、光軸周りに１８０度回転させた光線を入射するということは、光線をそのままにして平行平板を光軸周りに１８０度回転させたことと等価である。図２において平行平板３６を光軸周りに１８０度回転させると、ちょうど平行平板３８と光軸１０との関係と同じになる。したがってこの場合も一度目の入射の際における傾き角度をαとすれば、２度目の入射の際における傾き角度を−αとなることに相当する。
【００２４】
光線を光軸周りに１８０度回転させるには、２個の直角プリズムを用い、その配置を適切に設定することで行うことができる。例えば、光軸をＺ軸として、第１プリズムでＸ軸周りに像を表裏ひっくり返し、その像をさらに第２プリズムでＹ軸周りに表裏ひっくり返すことで、元の像をＺ軸周りに１８０度回転させることができる。
【００２５】
このようにして、１枚の平行平板が光軸に対し傾いて挿入されても、一定の条件の下で平行平板を２度通過させた光線を用いることで、光線が平行平板を１度通過する際に生ずる像ずれを相殺できる。以上の方法は、平行平板以外の光路長を可変する光学素子においても適用できる。すなわち、その光学素子が光軸に対し角度αだけ傾いて挿入されても、一度目の入射の際における傾き角度をαとすれば、２度目の入射の際における傾き角度を−αとなるようにその光学素子に２度光線を通過させることで、光線がその光学素子を１度通過する際に生ずる像ずれを相殺できる。なお、上記のように、平行平板を用いた原理の説明で行った近似のための適用制限は、平行平板によって生ずる収差を防ぐためのものであり、光路長のみを変化させ収差を発生させない光路長変更素子については、この近似のための適用制限は必要がない。
【００２６】
２．課題解決手段
本発明に係るボンディング装置において、結像レンズと、結像レンズによるボンディング対象の像を検出する２次元画像センサと、ボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に設けられた平行平板通過光路とを含む光学測定器を用い、複数の高さを持つボンディング対象に対し合焦点位置を可変してボンディングを行うボンディング装置において、平行平板通過光路は、ボンディング対象からの光線を受け取り、ボンディング対象の高さに応じた屈折率と厚みを有する平行平板にボンディング対象からの光線を２度通過させて２次元画像センサに導き、平行平板を通過したことで生ずる像ずれを相殺しつつ光学系の合焦点位置を可変する光路であることを特徴とする。
【００２７】
上記構成により、ボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に平行平板を配置し、平行平板にボンディング対象からの光線を２度通過させる。したがって、合焦点位置を可変するための平行平板の配置が意図せずに斜めになったときに生ずる像ずれを自動的に相殺することができ、複数の高さを持つボンディング対象に対し精度のよい位置決めの下でボンディングを行うことができる。
【００２８】
なお、２度通過を複数回繰り返し、平行平板にボンディング対象からの光線を偶数回、例えばＮを１以上の自然数として、２Ｎ回通過させることでもよい。このときは、平行平板を（２Ｎ−１）回通過した光線に対して生ずる像ずれを、平行平板の２Ｎ回目の通過により自動的に相殺することができる。そして、１枚の平行平板であっても、繰り返しの回数Ｎを可変することで、光学系の光路長を可変でき、また、繰り返しの回数Ｎを大きくすることで、光路長を可変できる範囲を広げることができる。
【００２９】
また、平行平板通過光路には、平行平板の一方の面より入射して平行平板を通過した光線に対し光軸に垂直な面で鏡映操作を行って、平行平板の他方の面に入射させる鏡映操作光学素子が設けられ、平行平板の他方の面から入射して平行平板を再度通過した光線が２次元画像センサに導かれることが好ましい。
【００３０】
上記構成によって、本発明の原理で説明した第１の方法を用いて、平行平板にボンディング対象からの光線を２度通過させて、平行平板を通過したことで生ずる像ずれを相殺することができる。
【００３１】
また、平行平板通過光路には、平行平板の一方の面より入射して平行平板を通過した光線に対し光軸周りに１８０度回転操作を行って、平行平板の一方の面に再度入射させる回転操作光学素子が設けられ、平行平板を再度通過した光線が２次元画像センサに導かれることが好ましい。
【００３２】
上記構成によって、本発明の原理で説明した第２の方法を用いて、平行平板にボンディング対象からの光線を２度通過させて、平行平板を通過したことで生ずる像ずれを相殺することができる。
【００３３】
また、本発明に係るボンディング装置において、光学測定器の光学系が物体側テレセントリック光学系であるときは、平行平板通過光路は、ボンディング対象から結像レンズに向かう光路の途中に設けられることが好ましい。
【００３４】
また、本発明に係るボンディング装置において、光路長可変量をそれぞれ異ならせた複数の平行平板を１組とする平行平板セットと、平行平板セットの中から１枚以上の平行平板を選択して平行平板通過光路中に配置する平行平板選択配置手段と、を備えることが好ましい。
【００３５】
上記構成により、平行平板セットの中から光路長可変量の異なる平行平板を選択し組み合わせて、所望の光路長可変量の平行平板組み合わせにし、その組み合わせた平行平板の組を同時に平行平板通過光路中に配置することができる。したがって、ボンディング対象の多種の高さに対し、少ない種類の平行平板で対応ができる。
【００３６】
また、平行平板セットは、各平行平板の間における光路長可変量の比が２であることが好ましい。上記構成により、光路長可変量を１：２：４：８：１６等の比で各平行平板が揃えられる。したがって、より少ない種類の平行平板で所望の光路長可変量を得ることができる。
【００３７】
また、本発明に係るボンディング装置は、結像レンズと、結像レンズによるボンディング対象の像を検出する２次元画像センサと、ボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に設けられた光路長可変素子通過光路とを含む光学測定器を用い、複数の高さを持つボンディング対象に対し合焦点位置を可変してボンディングを行うボンディング装置において、光路長変更素子通過光路は、２個の反射面を対向させて所定の間隔で平行に配置される平行反射鏡であって、平行反射鏡の全体を光軸に垂直な回転軸周りに回転することで、平行反射鏡を通過する光線の光路長を可変する平行反射鏡を光路長変更素子として含み、ボンディング対象からの光線を受け取り、ボンディング対象の高さに応じて通過光線の光路長を可変する平行反射鏡に、ボンディング対象からの光線を２度通過させて２次元画像センサに導き、平行反射鏡を通過したことで生ずる像ずれを相殺しつつ光学系の合焦点位置を可変する光路であることを特徴とする。
【００３８】
上記構成により、平行反射鏡を回転して合焦点位置を可変する。この回転可能な平行反射鏡をボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に配置し、平行反射鏡にボンディング対象からの光線を２度通過させる。したがって、平行反射鏡を回転することにより生ずる像ずれを自動的に相殺することができ、複数の高さを持つボンディング対象に対し精度のよい位置決めの下でボンディングを行うことができる。
【００３９】
また、本発明に係るボンディング装置は、結像レンズと、結像レンズによるボンディング対象の像を検出する２次元画像センサと、ボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に設けられた光路長可変素子通過光路とを含む光学測定器を用い、複数の高さを持つボンディング対象に対し合焦点位置を可変してボンディングを行うボンディング装置において、光路長変更素子通過光路は、４個の反射面を対向させて所定の間隔で平行に配置される４反射面反射鏡であって、４反射面反射鏡全体を光路に挿入することで、挿入しない場合に対し４反射面反射鏡内の光路長分の光路長を変化させる４反射面反射鏡を光路長変更素子として含み、ボンディング対象からの光線を受け取り、ボンディング対象の高さに応じた光路長を有する４反射面反射鏡に、ボンディング対象からの光線を２度通過させて２次元画像センサに導き、４反射面反射鏡を通過したことで生ずる像ずれを相殺しつつ光学系の合焦点位置を可変する光路であることを特徴とする。
【００４０】
上記構成により、４反射面反射鏡の出し入れにより合焦点位置を可変する。この４反射面反射鏡をボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に配置し、４反射面反射鏡にボンディング対象からの光線を２度通過させる。したがって、４反射面反射鏡の配置が意図せずに斜めになったときに生ずる像ずれを自動的に相殺することができ、複数の高さを持つボンディング対象に対し精度のよい位置決めの下でボンディングを行うことができる。
【００４１】
また、本発明に係るボンディング装置において、光路長変更素子通過光路には、光路長変更素子の一方側より入射して光路長変更素子を通過した光線に対し光軸に垂直な面で鏡映操作を行って、光路長変更素子の他方側に入射させる鏡映操作光学素子が設けられ、光路長変更素子の他方側から入射して光路長変更素子を再度通過した光線が２次元画像センサに導かれることが好ましい。
【００４２】
また、光路長変更素子通過光路には、光路長変更素子の一方の面より入射して光路長変更素子を通過した光線に対し光軸周りに１８０度回転操作を行って、光路長変更素子の一方の面に再度入射させる回転操作光学素子が設けられ、光路長変更素子を再度通過した光線が２次元画像センサに導かれることが好ましい。
【００４３】
また、本発明に係るボンディング装置において、光学測定器の光学系が物体側テレセントリック光学系であるときは、光路長変更素子通過光路は、ボンディング対象から結像レンズに向かう光路の途中に設けられることが好ましい。
【００４４】
また、４反射面反射鏡は、第１の反射面と第２の反射面が２７０度の角度を有して配置される直角外側反射鏡と、第３の反射面と第４の反射面が９０度の角度を有して配置される直角内側反射鏡と、を有し、第１の反射面と第３の反射面とを対向させ、第２の反射面と第４の反射面とを対向させ、対向する各反射面を所定の間隔で平行に配置される４反射面反射鏡であることが好ましい。
【００４５】
また、鏡映操作光学素子は、反射鏡であることが好ましい。また、鏡映操作光学素子は、５角プリズムと３角プリズムとを組み合わせた光学素子であることが好ましい。また、回転操作光学素子は、入射光線を２度反射する第１プリズムと、第１プリズムからの光線を２度反射する第２プリズムとを含んで構成されることが好ましい。
【００４６】
また、本発明に係るボンディング外観検査装置は、結像レンズと、結像レンズによるボンディング対象の像を検出する２次元画像センサと、ボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に設けられた平行平板通過光路とを含む光学測定器を用い、複数の高さを持つボンディング対象に対し合焦点位置を可変してボンディング外観検査を行うボンディング外観検査装置において、平行平板通過光路は、ボンディング対象からの光線を受け取り、ボンディング対象の高さに応じた屈折率と厚みを有する平行平板にボンディング対象からの光線を２度通過させて２次元画像センサに導き、平行平板を通過したことで生ずる像ずれを相殺しつつ光学系の合焦点位置を可変する光路であることを特徴とする。
【００４７】
また、本発明に係るボンディング外観検査装置は、結像レンズと、結像レンズによるボンディング対象の像を検出する２次元画像センサと、ボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に設けられた光路長可変素子通過光路とを含む光学測定器を用い、複数の高さを持つボンディング対象に対し合焦点位置を可変してボンディング外観検査を行うボンディング外観検査装置において、光路長変更素子通過光路は、２個の反射面を対向させて所定の間隔で平行に配置される平行反射鏡であって、平行反射鏡の全体を光軸に垂直な回転軸周りに回転することで、平行反射鏡を通過する光線の光路長を可変する平行反射鏡を光路長変更素子として含み、ボンディング対象からの光線を受け取り、ボンディング対象の高さに応じて通過光線の光路長を可変する平行反射鏡に、ボンディング対象からの光線を２度通過させて２次元画像センサに導き、平行反射鏡を通過したことで生ずる像ずれを相殺しつつ光学系の合焦点位置を可変する光路であることを特徴とする。
【００４８】
また、本発明に係るボンディング外観検査装置は、結像レンズと、結像レンズによるボンディング対象の像を検出する２次元画像センサと、ボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に設けられた光路長可変素子通過光路とを含む光学測定器を用い、複数の高さを持つボンディング対象に対し合焦点位置を可変してボンディング外観検査を行うボンディング外観検査装置において、光路長変更素子通過光路は、４個の反射面を対向させて所定の間隔で平行に配置される４反射面反射鏡であって、４反射面反射鏡全体を光路に挿入することで、挿入しない場合に対し４反射面反射鏡内の光路長分の光路長を変化させる４反射面反射鏡を光路長変更素子として含み、ボンディング対象からの光線を受け取り、ボンディング対象の高さに応じた光路長を有する４反射面反射鏡に、ボンディング対象からの光線を２度通過させて２次元画像センサに導き、４反射面反射鏡を通過したことで生ずる像ずれを相殺しつつ光学系の合焦点位置を可変する光路であることを特徴とする。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下の説明では、ボンディング装置として、スタックド素子のワイヤボンダーを例にとり、スタックド素子の位置を測定する光学測定器として結像レンズとＣＣＤを組み合わせた撮像カメラを、平行平板の配置については、スタックド素子と結像レンズとの間、すなわち撮像カメラの外に平行平板を配置するものとする。
【００５０】
これ以外の構成、例えばボンディング装置としてダイボンダーでもよく、ボンディング装置以外のボンディングに用いられる装置、例えばボンディング後の半導体装置等の外観を検査するボンディング外観検査装置であってもよい。光学測定器としてＣＣＤを含まない一般的な光学顕微鏡であってもよい。平行平板の配置についても、上記のようにパワーを有する光学素子を平行平板通過光路の中に含まなければ撮像カメラの内部であってもよい。撮像カメラの光学系が物体側テレセントリック光学系であってもよい。
【００５１】
図３は、ワイヤボンダー５０において、載物台６０の上に保持された２階建てのチップ６２，６４からなるスタックド素子のパッド等の位置を、撮像カメラ７０で測定する様子を示す図である。スタックド素子から出た光線６６は、光路長を変更するための平行平板通過光路８０を経由し、光線６８として撮像カメラ７０に到達する。撮像カメラ７０は、結像レンズ７２と、複数の撮像素子が２次元配置されたＣＣＤ７４を備える。図において、チップ６２，６４からの光線６６は、最終的には光線６８として結像レンズ７２に導かれ、チップ６２，６４の像をＣＣＤ７４上に結ぶ。ＣＣＤ７４に２次元配置された複数の撮像素子の信号を用いて、図示されていない位置算出器によりチップ６２，６４の像を構成する各部分の位置、例えばパッド等の位置が求められる。
【００５２】
平行平板通過光路８０は、その光路中にハーフミラー８２と、平行平板挿入ガイド８４により出し入れ可能な平行平板８６と、反射鏡８８とを備える。
【００５３】
ハーフミラー８２は、光線６６の光軸に４５度の傾き角度で光路中に配置され、物体からの光線９２の進路を９０度変更する機能を有する半透過鏡である。半透過鏡とは、入射した光線のある割合分を反射し、残りは通過する光学素子で、例えばガラス板に半透過性の薄膜をコーティングしたものを用いることができる。
【００５４】
平行平板８６は、ハーフミラー８２により進路が９０度曲げられた光線９４の光軸に対し垂直に配置され、その厚みと屈折率により、平行平板を通過する光線の光路長を変更する機能を有する透明な材料で構成される光学素子である。材料としては、ガラス、プラスチック等を用いることができる。
【００５５】
反射鏡８８は、平行平板８６を通過した光線９６の光軸に対し垂直に配置され、光線９６に対し光軸に垂直な面で鏡映操作を行い、反射光９８として再び平行平板８６に戻す機能を有する光学素子で、片面に金属メッキ等を施したガラス板や、表面を磨いた金属板を用いることができる。
【００５６】
反射鏡８８により戻された反射光９８は、平行平板８６の裏側から入射し、平行平板８６を２度通過した光線１００としてハーフミラー８２に入射する。光線１００に対しハーフミラー８２は透過光学素子として機能し、光線１００はハーフミラー８２を通過して、撮像カメラ７０へ導かれる。
【００５７】
したがって、平行平板通過光路８０を通過する光線は、平行平板８６が光路中に挿入されていない場合に比較して、平行平板８６を２度通過することにより、その光路長が変更される。空気の屈折率をＮ、平行平板８６の屈折率をＮ’とし、光線が平行平板８６を直進したとしてその通過する距離をｓとすると、平行平板８６を２度通過することにより変化する光路長変化量Δｓは、
【数９】
Δｓ＝２ｓ｛（Ｎ／Ｎ’）−１｝ （９）
で与えられる。チップ６２，６４からの光線６６は、この光路長変化量Δｓ分だけ浮き上がって見える状態の光線６８で撮像カメラ７０に導かれるので、撮像カメラ７０の合焦点位置がその分遠くなったことに相当する。
【００５８】
また、チップ６２，６４からの光線６６は、平行平板８６を１度通過した後、反射鏡８８により光軸に垂直な面で鏡映操作が施され、再び平行平板８６を通過するので、平行平板８６が何らかの理由で光軸に対し垂直に配置されなかった場合、例えば平行平板挿入ガイド８４におけるガタ等によって斜めに挿入された場合でも、本発明の原理においての第１の方法で説明したように、平行平板８６を通過したことで生ずる像ずれを相殺することができる。
【００５９】
図４は、像ずれの相殺を模式的に説明する図である。説明のために、物体の像をＲのキャラクタで示した。物体側のＲからの光線６６は、ハーフミラーを介した光線９４となって平行平板８６を通過して反射鏡に到る。平行平板８６が光軸に対し正確に垂直に配置された場合の通過光線と反射鏡上のＲ像を実線で示す。平行平板８６が光軸に対し傾いて配置されると、通過光線及び反射鏡上のＲ像は破線のように、光軸に垂直な面上でずれを生ずる。このように像ずれが生じても、その像ずれのあるＲ像に対し反射鏡により光軸に垂直な面で鏡映操作が施された光線９８を、再び平行平板８６の裏側に入射することで、光線９８は、光軸に対し傾いた平行平板８６をちょうど最初の通過光路を逆方向に進むことができる。したがって平行平板８６を再度通過した光線１００は元々の像Ｒと同じに復元され、像ずれが相殺されることになる。
【００６０】
図５は、他の平行平板通過光路１２０を用いたワイヤボンダー５２を示す図である。この平行平板通過光路１２０では、ハーフミラーに代えてプリズム１２２を、反射鏡に代えて３回反射の光学素子１２４を用いている。３回反射の光学素子１２４は、５角プリズム１２６と３角プリズム１２８を組み合わせて構成したものを用いることができる。図５において図３と同様の要素については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６１】
プリズム１２２は、その１つの面が物体からの光線９２を入射角度４５度で受け止めるように光路中に置かれる。プリズム１２２の屈折率と空気の屈折率との関係を適当に選ぶことで、入射した光線を完全反射させることができる。このように完全反射され、進路を９０度変更された光線９５が平行平板８６に入射される。光線１０１においても進路にハーフミラーがないため、そのまま損失なく撮像カメラ７０に到達する。したがって、図３においてハーフミラー８２を用いた場合は、ハーフミラーが入射光をある分配率で反射光と透過光とに分けるため、例えば物体からの光の２５％の光が撮像カメラ７０に供給されるのに対し、より明るい像を得ることができる。
【００６２】
また、平行平板８６を通過した明るい光線９７は、３回反射の光学素子１２４によって、その光軸に垂直な面で鏡映操作を受ける。鏡映操作を受けた光線９９は平行平板８６の裏側に入射され、再度平行平板８６を通過した光線１０１はそのまま撮像カメラ７０に導かれる。
【００６３】
平行平板８６を１度通過した光線に対し光軸に垂直な面で鏡映操作を行うには、その光線に対し奇数回反射を行えばよい。１回反射させたいときは図３のように単純反射鏡を用いることができ、３回反射させたいときは図５のように５角プリズムと３角プリズムを組み合わせた光学素子を用いることができ、同様に他の奇数回反射についても適当な構造の光学素子を用いることができる。
【００６４】
図５においては、ハーフミラーの代替にプリズムを用い、反射鏡の代替に奇数回反射の光学素子を用いた場合について説明したが、ハーフミラーと奇数回反射の光学素子との組み合わせでもよい。
【００６５】
図６は、さらに他の平行平板通過光路１４０を用いたワイヤボンダー５４を示す図である。図７は、平行平板通過光路１４０の部分を斜視図でもって模式的に示した図である。この実施形態においては、平行平板通過光路１４０は、その光路中に反射鏡１４２と、平行平板挿入ガイド８４により出し入れ可能な平行平板８７と、第１プリズム１４４と、第２プリズム１４６とを備える。第１プリズム１４４と第２プリズム１４６とは、平行平板８７を１度通過した光線を光軸周りに１８０°回転させて、光線が最初に平行平板８７に入射した側の面から再度入射させるために設けられる。
【００６６】
反射鏡１４２は、光線６６の光軸に４５度の傾き角度で光路中に配置され、物体からの光線１５２の進路を９０度変更する機能を有する反射鏡である。平行平板８７は、反射鏡１４２により進路が９０度曲げられた光線１５４の光軸に対し垂直に配置され、その厚みと屈折率により光線の光路長を変更する機能を有する透明な材料からなる光学素子であることは図３の平行平板８６と同様である。その形状は、図７に示すように、一部に切り欠きを有し、平行平板を通すことなく平行平板の裏側から表側に光線を戻すことができる構造を有する。
【００６７】
第１プリズム１４４は、平行平板８７を通過した光線１５６を２度反射するプリズムで、２つの反射面の配置は、この２度反射により、図７に示すＸ軸周りに、像が表裏ひっくり返されるように設定される。プリズムの他に、直角反射鏡のように光線を２回反射する光学素子を用いることもできる。光線１５８は、平行平板８７の切り欠き部分を通り、平行平板の裏側から表側に進む。
【００６８】
第２プリズムは、光線１５８を２度反射するプリズムで、２つの反射面の配置は、この２度反射により、図７に示すＹ軸周りに、像が表裏ひっくり返されるように設定される。プリズムの他に、直角反射鏡のように光線を２回反射する光学素子を用いることもできる。
【００６９】
第１プリズム１４４及び第２プリズム１４６によって光軸周りに１８０度回転され、平行平板８７を再度通過した光線１６２は、撮像カメラ７０へ導かれる。
【００７０】
したがって、平行平板通過光路１４０を通過する光線は、平行平板８７が光路中に挿入されていない場合に比較して、平行平板８７を２度通過することにより、その光路長が変更され、撮像カメラ７０の合焦点位置がその分遠くなる。
【００７１】
また、チップ６２，６４からの光線６６は、平行平板８７を１度通過した後、その光線が光軸周りに１８０度回転されて再び平行平板８７を通過するので、平行平板８７が何らかの理由で光軸に対し垂直に配置されなかった場合でも、本発明の原理においての第２の方法で説明したように、平行平板８７を通過したことで生ずる像ずれを相殺することができる。
【００７２】
図８は、像ずれの相殺を模式的に説明する図である。物体側のＲからの光線６６は、反射鏡を介した光線１５４となって平行平板８７を通過して第１プリズムに到る。平行平板８７が光軸に対し正確に垂直に配置された場合の通過光線と第１プリズムに入射するＲ像を実線で示す。平行平板８７が光軸に対し傾いて配置されると、通過光線及び第１プリズムに入射するＲ像は破線のように、光軸に垂直な面上でずれを生ずる。このように像ずれが生じても、第１プリズム及び第２プリズムによりその像ずれのあるＲ像についてその光軸周りに１８０度回転した光線１６０を、再び平行平板８７の表側に入射すればよい。このことで、本発明の原理において第２の方法で説明したように、平行平板８７を再度通過した光線１６０は、元々の像Ｒを１８０度回転した像の状態で、像ずれが相殺されて復元される。
【００７３】
図９は、平行平板通過光路の光路長を変更するのに、複数の平行平板を組み合わせて用いる様子を示す図である。この例では、４枚の平行平板２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄを組み合わせ、所望の光路長可変量を得る。平行平板の組み合わせを平行平板通過光路に置くために、平行平板挿入ガイド２０２には、光線の通過窓２０４の他に、各平行平板を独立して出し入れできるスライド溝２０６が設けられる。
【００７４】
平行平板の組み合わせは、光路長可変量の異なる平行平板を複数枚用いて行ってもよく、同じ光路長可変量の平行平板を複数枚組み合わせてもよい。各平行平板の光路長可変量をΔ（２ｓ）ｉとすると、全体の光路長可変量は、ΣΔ（２ｓ）ｉで与えられる。図９に示すように、平行平板挿入ガイド２０２に４枚の平行平板が出し入れ可能のときは、平行平板通過光路に平行平板を０枚から４枚の範囲で任意の枚数を配置することができる。
【００７５】
平行平板挿入ガイドに出し入れするための複数の平行平板をあらかじめ平行平板セットとして用意しておくと便利である。この場合、各平行平板の光路長可変量の比を２とすることが好ましい。例えば、光路長可変量の単位をａとして、ａ，２ａ，４ａ，８ａ，１６ａ，３２ａ・・・のように各平行平板の光路長可変量を作りこんでおく。このようにすることで、任意の光路長可変量を得るのに、より少ない枚数の平行平板ですむ。例えば、上記の例で４枚の平行平板が出し入れ可能な平行平板挿入ガイド２０２の場合に、光路長可変量がａ，２ａ，４ａ，８ａ，１６ａ，３２ａの６枚の平行平板を用意しておくことで、ａ刻みで０から６３ａまでの光路長可変量を得ることができる。
【００７６】
図１０は、平行平板通過光路の光路長を変更するのに、光路長可変量の異なる複数の平行平板を１列に並べて配置して用いる様子を示す図である。平行平板並べ板２１０は、光路長可変量を異ならせた平行平板２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ，２００ｅ，２００ｆを１枚の板に１列に配置したものである。平行平板並べ板２１０における所望の光路長可変量を有する平行平板を平行平板通過光路に置くために、平行平板挿入ガイド２１２には、１個の平行平板分の光線が通過できる通過窓２１４と、両側に平行平板並べ板２１０をスライドできるスライド口が設けられる。平行平板並べ板２１０は、一方のスライド口から他方のスライド口に向けて挿入され、その間でスライドされることで、所望の平行平板部分をちょうど通過窓２１４の位置に来るように設定できる。
【００７７】
図１１は、光学系の光路長を変更する新しい素子として、平行反射鏡３００を用いたワイヤボンダー３５０の様子を示す図である。図３と同様の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図１１においてスタックド素子から出た光線６６は、光路長を変更するための平行反射鏡通過光路３８０を経由し、光線６８として撮像カメラ７０に到達する。平行反射鏡通過光路３８０には、回転可能な平行反射鏡３００が配置される。
【００７８】
図１１において、ハーフミラー８２は、光線６６の光軸に４５度の傾き角度で光路中に配置され、物体からの光線３９２の進路を９０度変更する機能を有する半透過鏡である。
【００７９】
平行反射鏡３００は、ハーフミラー８２により進路を変更された光線３９４を受ける位置に配置される。平行反射鏡３００は、２個の反射面３０２，３０４を対向させて所定の間隔で平行に配置される平行反射鏡で、平行反射鏡の全体を光軸に垂直な回転軸３０６周りに回転可能である。この構成によると、光線３９４が一方の反射面３０２に入射する入射角度と、一方の反射面３０２で反射された光線３９６が他方の反射面３０４でさらに反射された光線の出射角度とは、入射角度＝出射角度の関係を維持しつつ、平行反射鏡の回転により可変することができる。
【００８０】
図１１において、平行反射鏡の全体を回転した場合における光路長変化の様子の例を実線と破線とで示した。図に示すように、平行反射鏡３００を回転軸３０６周りに回転すると、２個の反射面３０２，３０４で反射される光線の光路は、入射角度＝出射角度の関係を維持しつつ回転軸３０６に垂直な面で回転する。つまり、平行反射鏡３００を回転軸３０６周りに回転することで、平行反射鏡３００を通過する光線の光路長を可変することができる。但し、図１１の実線と破線の場合を比較して理解できるように、平行反射鏡３００を回転することで、光軸に垂直な面内で像ずれが生ずる。
【００８１】
反射鏡８８は、平行反射鏡３００を１度通過した光線３９８を受け止め、光軸に垂直な面で鏡映操作を施し、反射光４００として再び平行反射鏡３００に戻す機能を有する光学素子で、平行反射鏡３００の裏側の反射面３０４に入射する機能を有する。反射鏡に代えて、図５で説明した５角プリズムと３角プリズムとを組み合わせた３回反射光学素子等の奇数回反射光学素子を用いてもよい。
【００８２】
反射鏡８８により戻された反射光４００は、平行反射鏡３００の他方の反射面３０４に入射して反射され、その光線４０２は一方の反射面３０２に入射してさらに反射され、ちょうど最初に通過した光路を逆方向に進み、平行反射鏡３００を２度通過した光線４０４としてハーフミラー８２に入射する。光線４０４に対しハーフミラー８２は透過光学素子として機能し、光線４０４はハーフミラー８２を通過して、撮像カメラ７０へ導かれる。
【００８３】
図１２は平行反射鏡３００を回転したときの光路長の変化量を求める様子を示す図である。２個の反射面の平行間隔をＨとし、平行反射鏡３００の回転角度をθとし、入射角度＝反射角度が４５度のときの光路長を基準にして、回転角度θのときに平行反射鏡３００を２度通過することによる光路長変化量Δｈは、
【数１０】
Δｈ＝２［｛Ｈ／ｃｏｓ（４５°＋θ）｝−｛Ｈｓｉｎ（２θ）／ｃｏｓ（４５°＋θ）｝−Ｈ／ｃｏｓ４５°］ （１０）
で与えられる。チップ６２，６４からの光線６６は、この光路長変化量Δｈ分だけ沈んで見える状態の光線６８で撮像カメラ７０に導かれるので、撮像カメラ７０の合焦点位置がその分近くなったことに相当する。
【００８４】
また、チップ６２，６４からの光線６６は、平行反射鏡３００を１度通過した後、反射鏡８８により光軸に垂直な面で鏡映操作が施され、再び平行反射鏡３００を最初に通過した光路を逆方向に通過するので、元の像を復元でき、平行反射鏡３００を回転することで生ずる像ずれを相殺することができる。
【００８５】
図１３は、光学系の光路長を変更する新しい素子として、４反射面反射鏡４６０を用いたワイヤボンダー４５０の様子を示す図である。図３、図１１と同様の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図１３においてスタックド素子から出た光線６６は、光路長を変更するための４反射面反射鏡通過光路４８０を経由し、光線６８として撮像カメラ７０に到達する。４反射面反射鏡通過光路４８０には、４反射面反射鏡４６０が出し入れ可能な４反射面反射鏡挿入ガイド４７４が設けられ、その中に４反射面反射鏡４６０が挿入される。
【００８６】
図１３において、ハーフミラー８２は、光線６６の光軸に４５度の傾き角度で光路中に配置され、物体からの光線４９２の進路を９０度変更する機能を有する半透過鏡である。
【００８７】
４反射面反射鏡４６０は、ハーフミラー８２により進路を変更された光線４９４を受ける位置に配置され、４個の反射面を対向させて所定の間隔で平行に配置される４反射面反射鏡である。具体的には、直角外側反射鏡４６２と直角内側反射鏡４６４からなり、直角外側反射鏡４６２は、第１の反射面４６６と第２の反射面４６８とが２７０度の角度を有して配置され、直角内側反射鏡４６４は、第３の反射面４７０と第４の反射面４７２とが９０度の角度を有して配置される。そして、第１の反射面４６６と第３の反射面４７０とを対向させ、第２の反射面４６８と第４の反射面４７２とを対向させ、対向する各反射面が所定の間隔で平行に配置される。また、４反射面反射鏡４６０全体は、光線４９４が第１の反射面４６６に入射する入射角度を４５度になるように配置される。
【００８８】
この構成によると、４反射面反射鏡４６０の第１の反射面４６６に入射された光線４９４は、第３の反射面４７０、第４の反射面４７２、第２の反射面４６８と順次入射角度＝反射角度＝４５度の関係で反射を繰り返し、第２の反射面４６８から光線４９６として出る。ここで、４反射面反射鏡４６０が挿入されないときと比較すると、４反射面反射鏡４６０を通過する光線はその分光路長が伸びる。
つまり、４反射面反射鏡４６０を光路から出し入れすることで光学系の光路長を変更することができる。この場合、４反射面反射鏡４６０全体が光軸に対し斜めに配置されると、反射面４６８からの光線４９６において光軸に垂直な面内で像ずれが生ずる。
【００８９】
反射鏡８８は、４反射面反射鏡４６０を１度通過した光線４９６を受け止め、光軸に垂直な面で鏡映操作を施し、反射光４９８として再び４反射面反射鏡４６０に戻す機能を有する光学素子で、４反射面反射鏡４６０の裏側から、第２の反射面４６８に反射光４９８を入射角度４５度で入射する機能を有する。反射鏡に代えて、図５で説明した５角プリズムと３角プリズムとを組み合わせた３回反射光学素子等の奇数回反射光学素子を用いてもよい。
【００９０】
反射鏡８８により戻された反射光４９８は、４反射面反射鏡４６０の第２の反射面４６８、第４の反射面４７２、第３の反射面４７０、第１の反射面４６６と、最初の通過光線と逆向きの光路をたどって、第１の反射面４６６から４反射面反射鏡４６０を２度通過した光線５００としてハーフミラー８２に入射する。光線５００に対しハーフミラー８２は透過光学素子として機能し、光線５００はハーフミラー８２を通過して、撮像カメラ７０へ導かれる。
【００９１】
第１の反射面４６６と第３の反射面４７０との間の光路長をｔ１とすれば、第４の反射面４７２と第２の反射面４６８との間の光路長もｔ１であるので、４反射面反射鏡４６０を２度通過することによる光路長変化量Δｔは、
【数１１】Δｔ＝４ｔ１ （１１）
で与えられる。チップ６２，６４からの光線６６は、この光路長変化量Δｔ分だけ沈んで見える状態の光線６８で撮像カメラ７０に導かれるので、撮像カメラ７０の合焦点位置がその分近くなったことに相当する。
【００９２】
また、チップ６２，６４からの光線６６は、４反射面反射鏡４６０を１度通過した後、反射鏡８８により光軸に垂直な面で鏡映操作が施されて再び４反射面反射鏡４６０を通過するので、４反射面反射鏡４６０が何らかの理由で光軸に対し斜めに配置された場合でも、本発明の原理においての第１の方法で説明したように、４反射面反射鏡４６０を通過したことで生ずる像ずれを相殺することができる。
【００９３】
【発明の効果】
本発明に係るボンディング装置によれば、光学測定器の合焦点位置を変える際に生ずる像ずれを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光軸に対し平行平板の平行面法線が角度αだけ傾いたときの光線の進む様子を示す図である。
【図２】本発明の原理を説明するため、傾き角度αの平行平板を通過した光線を、再度傾き角度−αの平行平板を通過させると、傾き配置による像ずれを相殺できる様子を説明する図である。
【図３】本発明に係る実施の形態におけるワイヤボンダーにおいて、スタックド素子のパッド等の位置を、撮像カメラで測定する様子を示す図である。
【図４】図３のワイヤボンダーにおける像ずれの相殺を模式的に説明する図である。
【図５】他の実施の形態におけるワイヤボンダーを示す図である。
【図６】さらに他の実施の形態におけるワイヤボンダーを示す図である。
【図７】他の実施の形態における平行平板通過光路の部分を斜視図でもって模式的に示した図である。
【図８】図６のワイヤボンダーにおける像ずれの相殺を模式的に説明する図である。
【図９】本発明に係る実施の形態において、複数の平行平板を組み合わせて用いる様子を示す図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態において、光路長可変量の異なる複数の平行平板を１列に並べて配置して用いる様子を示す図である。
【図１１】他の実施の形態において、光学系の光路長を変更する新しい素子として、平行反射鏡を用いたワイヤボンダーの様子を示す図である。
【図１２】平行反射鏡を回転したときの光路長の変化量を求める様子を示す図である。
【図１３】光学系の光路長を変更する新しい素子として、４反射面反射鏡を用いたワイヤボンダーの様子を示す図である。
【図１４】平行平板を用いて光路長を可変する従来技術の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１０ 光軸
１２，３６，３８，８６，８７，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ，２００ｅ，２００ｆ 平行平板
５０，５２，５４，３５０，４５０ ワイヤボンダー
６２，６４ チップ
７０ 撮像カメラ
７２ 結像レンズ
７４ ＣＣＤ
８０，１２０，１４０ 平行平板通過光路
８２ ハーフミラー
８４，２０２，２１２ 平行平板挿入ガイド
８８，１４２ 反射鏡
１２２，１４４，１４６ プリズム
１２４ 光学素子
１２６ ５角プリズム
１２８ ３角プリズム
３００ 平行反射鏡
３０２，３０４，４６６，４６８，４７０，４７２ 反射面
３０６ 回転軸
３８０ 平行反射鏡通過光路
４６０ ４反射面反射鏡
４６２ 直角外側反射鏡
４６４ 直角内側反射鏡
４８０ ４反射面反射鏡通過光路
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボンディング装置及びボンディング外観検査装置に係り、特に複数の高さを持つボンディング対象に対し合焦点位置を可変する光学測定器を用いてボンディングを行うボンディング装置及びボンディング対象を検査するボンディング外観検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板にチップを位置決めしてダイボンディングするダイボンダーや、基板のリードとチップのパッドとの間をワイヤで接続するワイヤボンダー等のボンディング装置では、基板やチップ、リードやパッド等の位置関係を位置検出カメラ等によって測定し、位置決めを行いつつボンディング作業が行われる。
【０００３】
基板とチップ、リードとパッドとの間には高さの差があるので、位置検出カメラにおいては、測定する対象の高さに合わせて合焦点位置を調整する必要がある場合がある。光路中に適当な厚みと屈折率を有する平行平板を挿入することで光学系の合焦点位置を可変することが知られているが、その原理を用いて、特許文献１には立体形状測定器が、特許文献２には三次元撮像装置が、特許文献３にはカメラが、特許文献４には顕微鏡がそれぞれ開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１２６７３９号公報
【特許文献２】
特開平８−３０４０４３号公報
【特許文献３】
特開平５−８８０９１号公報
【特許文献４】
特開平５−２９２３７９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ＬＳＩ等の半導体装置の微細化に伴い、ボンディング装置において位置決めの高精度化が要求されてきている。例えば、複数のチップを高密度にダイボンディングするために基板とチップとの間の位置決めがより細かくなり、また、リードやパッドのファインピッチ化に対応するためにリードとパッドとの間の位置決めがより正確に行うことが要求される。
【０００６】
また、チップの上にさらにチップを積み上げてダイボンディングやワイヤボンディングを行ういわゆるスタックド素子が開発され、焦点を合わすべきボンディング対象の高さの差も大きくなる傾向にあり、正確な位置決めのために合焦点位置の可変範囲を広くすることの必要性が増してきている。
【０００７】
また、ボンディング対象について、ボンディング前後において外観検査を行う場合にも、正確な位置決めが行われているか等の検査のために、合焦点位置の可変範囲を広くすることの要求が強くなってきている。
【０００８】
このように高さの差が大きくなり、位置決め精度が細かくなると、平行平板を光路中に挿入して光路長を可変する従来技術では十分な精度の測定ができない。その様子を図１４に示す。図１４（ａ）は、光軸１０と平行平板１２の平行面法線が正確に平行になるように、平行平板１２が光路中に置かれた場合で、（ｂ）は、平行平板１２の平行面法線が光軸１０に対してやや傾斜して平行平板１２が光路中に置かれた場合を示す。（ａ）において、仮に平行平板が光路中に置かれないときの光線１４が光軸１０上の点１６で合焦したとすると、平行平板１２を光路中に置くと、平行平板１２の厚みと屈折率に従って光線１４の合焦点位置が光軸上でシフトし点１８に移動する。すなわち、光学系の光路長が伸びて、合焦点位置が変化する。
【０００９】
図１４（ｂ）のように平行平板１２が光軸１０に対し傾いて設定されると、光線１４の合焦点位置は光軸１０の上に来ず、光軸１０に垂直な面内で光軸１０から乖離した点２０になる。つまり、光線１４の合焦点位置は、平行平板が正確に光軸１０に垂直に置かれたときの点１８からΔＬ離れた点２０にずれることになる。
【００１０】
位置検出カメラにおいてボンディング対象の像を検出するのはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）のような２次元撮像素子であるので、光軸１０に垂直な面内における合焦点位置のずれは、２次元平面における像のずれとなる。したがって、リードやパッド等の像が撮像面内でずれることになるので、リードやパッド等の位置を正確に検出できない。
【００１１】
本発明の目的は、かかる従来技術の課題を解決し、合焦点位置を変える際に生ずる像ずれを防ぐことができる光学測定器を備えるボンディング装置及びボンディング外観検査装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
１．本発明の原理
本発明は、平行平板が光軸に対し正確に垂直に置かれないときの像ずれのメカニズムを解析した結果、一定の条件の下で平行平板を２度通過させた光線を用いることで、光線が平行平板を１度通過する際に生ずる像ずれを相殺できることを見出したことに基づく。
【００１３】
図１は、光軸１０に対し平行平板１２の平行面法線が角度αだけ傾いたときの光線１４の進む様子を示す図である。図では、平行平板１２の一方の面に光軸１０上の点３２において入射する光線１４が示されている。光軸１０を基準にして、光線１４が平行平板１２に入射するときの角度をθ、平行平板１２に入射後の角度をβとする。空気の屈折率をＮ、平行平板１２の屈折率をＮ’とし、平行平板の厚みをｄとすると、屈折の法則により、
【数１】
Ｎ（θ＋α）＝Ｎ’（β＋α） （１）
【数２】
β＝｛Ｎ（θ＋α）／Ｎ’｝−α （２）
となる。
【００１４】
但し、角度α、β、θは、近似的にｓｉｎα＝α、ｓｉｎβ＝β、ｓｉｎθ＝θとおける範囲であるとしている。この近似が適用される範囲としては、例えばｓｉｎαがおよそ０．１以下の範囲である。このような近似が行われる範囲に適用制限を行う理由は、平行平板はこの近似を超える範囲では球面収差や非点収差等を発生させるからである。収差を発生させない光路長変更素子、例えば後に述べる平行反射鏡や４反射面反射鏡においては、この制限なしで用いてもよい。
【００１５】
光線１４が平行平板１２の厚みｄを通過するときの光軸１０を基準とした高さの変化Ｌは、光線１４が平行平板１２を出る点３４の光軸１０からの距離であるので、
【数３】
Ｌ＝βｄ＝［｛Ｎ（θ＋α）／Ｎ’｝−α］ｄ （３）
となる。この中で平行平板１２の傾き角度αの成分をΔＬとすると、
【数４】
ΔＬ＝［｛Ｎα／Ｎ’｝−α］ｄ （４）
であることがわかる。
【００１６】
式（４）の結果から、傾き角度−αのときにおける光線の高さ変化成分ΔＬ’は、
【数５】
ΔＬ’＝［−｛Ｎα／Ｎ’｝＋α］ｄ （５）
となり、ΔＬ’＝−ΔＬである。つまり、図２のように、傾き角度αの平行平板３６を通過した光線を、再度傾き角度−αの平行平板３８を通過させると、式（３）より、平行平板３６の厚みを通過するときの光線の高さ変化Ｌ１は、
【数６】
Ｌ１＝βｄ＝［｛Ｎ（θ＋α）／Ｎ’｝−α］ｄ （６）
平行平板３８の厚みを通過するときの光線の高さ変化Ｌ２は、
【数７】
Ｌ２＝βｄ＝［｛Ｎ（θ−α）／Ｎ’｝＋α］ｄ （７）
となり、光線１４を平行平板３６と平行平板３８とを通過させることで
【数８】
Ｌ１＋Ｌ２＝２｛Ｎθ／Ｎ’｝ｄ （８）
となって、平行平板の傾き角度による光線の高さ方向のずれ、すなわち像ずれを相殺できる。
【００１７】
１枚の平行平板に対してΔＬ’＝−ΔＬとするには、一定の条件の下でその１枚の平行平板に２度光線を通過させればよい。その条件は、式（１）から式（８）への計算過程で理解できるように、以下の３つにまとめることができる。
（ａ）傾き角度αは、近似的にｓｉｎα＝αとおける範囲の小さい角度であること。上記のように、この条件は平行平板のときに適用される。
（ｂ）一度目の入射の際における傾き角度をαとすれば、２度目の入射の際における傾き角度を−αとなるようにすること。
（ｃ）平行平板に２度光線を通過させるあいだに、いわゆるパワーを有する光学素子を光線が通過しないこと。ここでパワーとは、焦点距離ｆの逆数である屈折力のことで、パワーを有する光学素子とは、光軸に対する光線の角度を変えることができる素子のことで、代表的にはレンズである。（ｃ）の条件を求める理由は、１度目の平行平板通過時に生じた像ずれを打ち消さないまま、パワーを有する光学素子を通過すると、補正が困難な像の変形が生ずるからである。
【００１８】
したがって、撮像カメラ等の光学系の内部においても条件（ａ）から（ｃ）を満たせば、本発明の原理を実現できる。但し、撮像カメラ等の光学系が物体側テレセントリック光学系のときは、物体側に一番近いレンズの外側、つまり、レンズ系の外側に平行平板を配置することが好ましい。つまり、物体側テレセントリック光学系とは、物体側の主光線（絞りの位置で光軸に交わる光線）が光軸に対しほぼ平行になる光学系であり、物体側の主光線に対し平行平板を配置することが上記の３つの条件を理想的に満たすことができるからである。
【００１９】
条件（ａ）から（ｃ）を満たして、光路中に図らずも傾いて配置された１枚の平行平板に対しΔＬ’＝−ΔＬとして、傾き配置による像ずれを相殺するには以下の２つの方法をとることができる。
【００２０】
第１の方法は、平行平板を通過した光線に対し光軸に垂直な面で鏡映操作を行い、平行平板の裏側（つまり光線が出てきた側）から再度入射することである。例えば、平行平板の裏側に光軸に垂直に反射面がくるように反射鏡を設ける。この場合は、平行平板の裏側から入射するので、平行平板の傾き角度がちょうど−αになるからである。
【００２１】
なお、鏡映または鏡映操作とは、点Ｐと面ａとが与えられたとき、Ｐからａに垂線ＰＯを下し、その延長上でＰＯの長さと等しい長さＰＯ’となる条件を満たす点Ｐ’を得る操作をいう。Ｐ’はａに平面鏡がある場合のＰの鏡像に相当し、一般にａに関する鏡像という。具体的な例としては、光軸に垂直に置かれた反射鏡に光線を入射すると、反射光は、入射光に対し鏡映操作された光線である。
【００２２】
鏡映操作を行うには、反射鏡による１回の反射の他、例えば５角プリズムと３角プリズムを用いて３回の反射による光を用いてもよい。一般的には、奇数回反射した光を用いることができる。
【００２３】
第２の方法は、平行平板を通過した光線を、光軸周りに１８０度回転させ、その回転させた光線を、平行平板の表側（つまり最初に光線が入射した側）から再度入射することである。この場合も、光軸周りに１８０度回転させた光線を入射するということは、光線をそのままにして平行平板を光軸周りに１８０度回転させたことと等価である。図２において平行平板３６を光軸周りに１８０度回転させると、ちょうど平行平板３８と光軸１０との関係と同じになる。したがってこの場合も一度目の入射の際における傾き角度をαとすれば、２度目の入射の際における傾き角度を−αとなることに相当する。
【００２４】
光線を光軸周りに１８０度回転させるには、２個の直角プリズムを用い、その配置を適切に設定することで行うことができる。例えば、光軸をＺ軸として、第１プリズムでＸ軸周りに像を表裏ひっくり返し、その像をさらに第２プリズムでＹ軸周りに表裏ひっくり返すことで、元の像をＺ軸周りに１８０度回転させることができる。
【００２５】
このようにして、１枚の平行平板が光軸に対し傾いて挿入されても、一定の条件の下で平行平板を２度通過させた光線を用いることで、光線が平行平板を１度通過する際に生ずる像ずれを相殺できる。以上の方法は、平行平板以外の光路長を可変する光学素子においても適用できる。すなわち、その光学素子が光軸に対し角度αだけ傾いて挿入されても、一度目の入射の際における傾き角度をαとすれば、２度目の入射の際における傾き角度を−αとなるようにその光学素子に２度光線を通過させることで、光線がその光学素子を１度通過する際に生ずる像ずれを相殺できる。なお、上記のように、平行平板を用いた原理の説明で行った近似のための適用制限は、平行平板によって生ずる収差を防ぐためのものであり、光路長のみを変化させ収差を発生させない光路長変更素子については、この近似のための適用制限は必要がない。
【００２６】
２．課題解決手段
本発明に係るボンディング装置において、結像レンズと、結像レンズによるボンディング対象の像を検出する２次元画像センサと、ボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に設けられた平行平板通過光路とを含む光学測定器を用い、複数の高さを持つボンディング対象に対し合焦点位置を可変してボンディングを行うボンディング装置において、平行平板通過光路は、ボンディング対象からの光線を受け取り、ボンディング対象の高さに応じた屈折率と厚みを有する平行平板にボンディング対象からの光線を２度通過させて２次元画像センサに導き、平行平板を通過したことで生ずる像ずれを相殺しつつ光学系の合焦点位置を可変する光路であることを特徴とする。
【００２７】
上記構成により、ボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に平行平板を配置し、平行平板にボンディング対象からの光線を２度通過させる。したがって、合焦点位置を可変するための平行平板の配置が意図せずに斜めになったときに生ずる像ずれを自動的に相殺することができ、複数の高さを持つボンディング対象に対し精度のよい位置決めの下でボンディングを行うことができる。
【００２８】
なお、２度通過を複数回繰り返し、平行平板にボンディング対象からの光線を偶数回、例えばＮを１以上の自然数として、２Ｎ回通過させることでもよい。このときは、平行平板を（２Ｎ−１）回通過した光線に対して生ずる像ずれを、平行平板の２Ｎ回目の通過により自動的に相殺することができる。そして、１枚の平行平板であっても、繰り返しの回数Ｎを可変することで、光学系の光路長を可変でき、また、繰り返しの回数Ｎを大きくすることで、光路長を可変できる範囲を広げることができる。
【００２９】
また、平行平板通過光路には、平行平板の一方の面より入射して平行平板を通過した光線に対し光軸に垂直な面で鏡映操作を行って、平行平板の他方の面に入射させる鏡映操作光学素子が設けられ、平行平板の他方の面から入射して平行平板を再度通過した光線が２次元画像センサに導かれることが好ましい。
【００３０】
上記構成によって、本発明の原理で説明した第１の方法を用いて、平行平板にボンディング対象からの光線を２度通過させて、平行平板を通過したことで生ずる像ずれを相殺することができる。
【００３１】
また、平行平板通過光路には、平行平板の一方の面より入射して平行平板を通過した光線に対し光軸周りに１８０度回転操作を行って、平行平板の一方の面に再度入射させる回転操作光学素子が設けられ、平行平板を再度通過した光線が２次元画像センサに導かれることが好ましい。
【００３２】
上記構成によって、本発明の原理で説明した第２の方法を用いて、平行平板にボンディング対象からの光線を２度通過させて、平行平板を通過したことで生ずる像ずれを相殺することができる。
【００３３】
また、本発明に係るボンディング装置において、光学測定器の光学系が物体側テレセントリック光学系であるときは、平行平板通過光路は、ボンディング対象から結像レンズに向かう光路の途中に設けられることが好ましい。
【００３４】
また、本発明に係るボンディング装置において、光路長可変量をそれぞれ異ならせた複数の平行平板を１組とする平行平板セットと、平行平板セットの中から１枚以上の平行平板を選択して平行平板通過光路中に配置する平行平板選択配置手段と、を備えることが好ましい。
【００３５】
上記構成により、平行平板セットの中から光路長可変量の異なる平行平板を選択し組み合わせて、所望の光路長可変量の平行平板組み合わせにし、その組み合わせた平行平板の組を同時に平行平板通過光路中に配置することができる。したがって、ボンディング対象の多種の高さに対し、少ない種類の平行平板で対応ができる。
【００３６】
また、平行平板セットは、各平行平板の間における光路長可変量の比が２であることが好ましい。上記構成により、光路長可変量を１：２：４：８：１６等の比で各平行平板が揃えられる。したがって、より少ない種類の平行平板で所望の光路長可変量を得ることができる。
【００３７】
また、本発明に係るボンディング装置は、結像レンズと、結像レンズによるボンディング対象の像を検出する２次元画像センサと、ボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に設けられた光路長可変素子通過光路とを含む光学測定器を用い、複数の高さを持つボンディング対象に対し合焦点位置を可変してボンディングを行うボンディング装置において、光路長変更素子通過光路は、２個の反射面を対向させて所定の間隔で平行に配置される平行反射鏡であって、平行反射鏡の全体を光軸に垂直な回転軸周りに回転することで、平行反射鏡を通過する光線の光路長を可変する平行反射鏡を光路長変更素子として含み、ボンディング対象からの光線を受け取り、ボンディング対象の高さに応じて通過光線の光路長を可変する平行反射鏡に、ボンディング対象からの光線を２度通過させて２次元画像センサに導き、平行反射鏡を通過したことで生ずる像ずれを相殺しつつ光学系の合焦点位置を可変する光路であることを特徴とする。
【００３８】
上記構成により、平行反射鏡を回転して合焦点位置を可変する。この回転可能な平行反射鏡をボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に配置し、平行反射鏡にボンディング対象からの光線を２度通過させる。したがって、平行反射鏡を回転することにより生ずる像ずれを自動的に相殺することができ、複数の高さを持つボンディング対象に対し精度のよい位置決めの下でボンディングを行うことができる。
【００３９】
また、本発明に係るボンディング装置は、結像レンズと、結像レンズによるボンディング対象の像を検出する２次元画像センサと、ボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に設けられた光路長可変素子通過光路とを含む光学測定器を用い、複数の高さを持つボンディング対象に対し合焦点位置を可変してボンディングを行うボンディング装置において、光路長変更素子通過光路は、４個の反射面を対向させて所定の間隔で平行に配置される４反射面反射鏡であって、４反射面反射鏡全体を光路に挿入することで、挿入しない場合に対し４反射面反射鏡内の光路長分の光路長を変化させる４反射面反射鏡を光路長変更素子として含み、ボンディング対象からの光線を受け取り、ボンディング対象の高さに応じた光路長を有する４反射面反射鏡に、ボンディング対象からの光線を２度通過させて２次元画像センサに導き、４反射面反射鏡を通過したことで生ずる像ずれを相殺しつつ光学系の合焦点位置を可変する光路であることを特徴とする。
【００４０】
上記構成により、４反射面反射鏡の出し入れにより合焦点位置を可変する。この４反射面反射鏡をボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に配置し、４反射面反射鏡にボンディング対象からの光線を２度通過させる。したがって、４反射面反射鏡の配置が意図せずに斜めになったときに生ずる像ずれを自動的に相殺することができ、複数の高さを持つボンディング対象に対し精度のよい位置決めの下でボンディングを行うことができる。
【００４１】
また、本発明に係るボンディング装置において、光路長変更素子通過光路には、光路長変更素子の一方側より入射して光路長変更素子を通過した光線に対し光軸に垂直な面で鏡映操作を行って、光路長変更素子の他方側に入射させる鏡映操作光学素子が設けられ、光路長変更素子の他方側から入射して光路長変更素子を再度通過した光線が２次元画像センサに導かれることが好ましい。
【００４２】
また、光路長変更素子通過光路には、光路長変更素子の一方の面より入射して光路長変更素子を通過した光線に対し光軸周りに１８０度回転操作を行って、光路長変更素子の一方の面に再度入射させる回転操作光学素子が設けられ、光路長変更素子を再度通過した光線が２次元画像センサに導かれることが好ましい。
【００４３】
また、本発明に係るボンディング装置において、光学測定器の光学系が物体側テレセントリック光学系であるときは、光路長変更素子通過光路は、ボンディング対象から結像レンズに向かう光路の途中に設けられることが好ましい。
【００４４】
また、４反射面反射鏡は、第１の反射面と第２の反射面が２７０度の角度を有して配置される直角外側反射鏡と、第３の反射面と第４の反射面が９０度の角度を有して配置される直角内側反射鏡と、を有し、第１の反射面と第３の反射面とを対向させ、第２の反射面と第４の反射面とを対向させ、対向する各反射面を所定の間隔で平行に配置される４反射面反射鏡であることが好ましい。
【００４５】
また、鏡映操作光学素子は、反射鏡であることが好ましい。また、鏡映操作光学素子は、５角プリズムと３角プリズムとを組み合わせた光学素子であることが好ましい。また、回転操作光学素子は、入射光線を２度反射する第１プリズムと、第１プリズムからの光線を２度反射する第２プリズムとを含んで構成されることが好ましい。
【００４６】
また、本発明に係るボンディング外観検査装置は、結像レンズと、結像レンズによるボンディング対象の像を検出する２次元画像センサと、ボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に設けられた平行平板通過光路とを含む光学測定器を用い、複数の高さを持つボンディング対象に対し合焦点位置を可変してボンディング外観検査を行うボンディング外観検査装置において、平行平板通過光路は、ボンディング対象からの光線を受け取り、ボンディング対象の高さに応じた屈折率と厚みを有する平行平板にボンディング対象からの光線を２度通過させて２次元画像センサに導き、平行平板を通過したことで生ずる像ずれを相殺しつつ光学系の合焦点位置を可変する光路であることを特徴とする。
【００４７】
また、本発明に係るボンディング外観検査装置は、結像レンズと、結像レンズによるボンディング対象の像を検出する２次元画像センサと、ボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に設けられた光路長可変素子通過光路とを含む光学測定器を用い、複数の高さを持つボンディング対象に対し合焦点位置を可変してボンディング外観検査を行うボンディング外観検査装置において、光路長変更素子通過光路は、２個の反射面を対向させて所定の間隔で平行に配置される平行反射鏡であって、平行反射鏡の全体を光軸に垂直な回転軸周りに回転することで、平行反射鏡を通過する光線の光路長を可変する平行反射鏡を光路長変更素子として含み、ボンディング対象からの光線を受け取り、ボンディング対象の高さに応じて通過光線の光路長を可変する平行反射鏡に、ボンディング対象からの光線を２度通過させて２次元画像センサに導き、平行反射鏡を通過したことで生ずる像ずれを相殺しつつ光学系の合焦点位置を可変する光路であることを特徴とする。
【００４８】
また、本発明に係るボンディング外観検査装置は、結像レンズと、結像レンズによるボンディング対象の像を検出する２次元画像センサと、ボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に設けられた光路長可変素子通過光路とを含む光学測定器を用い、複数の高さを持つボンディング対象に対し合焦点位置を可変してボンディング外観検査を行うボンディング外観検査装置において、光路長変更素子通過光路は、４個の反射面を対向させて所定の間隔で平行に配置される４反射面反射鏡であって、４反射面反射鏡全体を光路に挿入することで、挿入しない場合に対し４反射面反射鏡内の光路長分の光路長を変化させる４反射面反射鏡を光路長変更素子として含み、ボンディング対象からの光線を受け取り、ボンディング対象の高さに応じた光路長を有する４反射面反射鏡に、ボンディング対象からの光線を２度通過させて２次元画像センサに導き、４反射面反射鏡を通過したことで生ずる像ずれを相殺しつつ光学系の合焦点位置を可変する光路であることを特徴とする。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下の説明では、ボンディング装置として、スタックド素子のワイヤボンダーを例にとり、スタックド素子の位置を測定する光学測定器として結像レンズとＣＣＤを組み合わせた撮像カメラを、平行平板の配置については、スタックド素子と結像レンズとの間、すなわち撮像カメラの外に平行平板を配置するものとする。
【００５０】
これ以外の構成、例えばボンディング装置としてダイボンダーでもよく、ボンディング装置以外のボンディングに用いられる装置、例えばボンディング後の半導体装置等の外観を検査するボンディング外観検査装置であってもよい。光学測定器としてＣＣＤを含まない一般的な光学顕微鏡であってもよい。平行平板の配置についても、上記のようにパワーを有する光学素子を平行平板通過光路の中に含まなければ撮像カメラの内部であってもよい。撮像カメラの光学系が物体側テレセントリック光学系であってもよい。
【００５１】
図３は、ワイヤボンダー５０において、載物台６０の上に保持された２階建てのチップ６２，６４からなるスタックド素子のパッド等の位置を、撮像カメラ７０で測定する様子を示す図である。スタックド素子から出た光線６６は、光路長を変更するための平行平板通過光路８０を経由し、光線６８として撮像カメラ７０に到達する。撮像カメラ７０は、結像レンズ７２と、複数の撮像素子が２次元配置されたＣＣＤ７４を備える。図において、チップ６２，６４からの光線６６は、最終的には光線６８として結像レンズ７２に導かれ、チップ６２，６４の像をＣＣＤ７４上に結ぶ。ＣＣＤ７４に２次元配置された複数の撮像素子の信号を用いて、図示されていない位置算出器によりチップ６２，６４の像を構成する各部分の位置、例えばパッド等の位置が求められる。
【００５２】
平行平板通過光路８０は、その光路中にハーフミラー８２と、平行平板挿入ガイド８４により出し入れ可能な平行平板８６と、反射鏡８８とを備える。
【００５３】
ハーフミラー８２は、光線６６の光軸に４５度の傾き角度で光路中に配置され、物体からの光線９２の進路を９０度変更する機能を有する半透過鏡である。半透過鏡とは、入射した光線のある割合分を反射し、残りは通過する光学素子で、例えばガラス板に半透過性の薄膜をコーティングしたものを用いることができる。
【００５４】
平行平板８６は、ハーフミラー８２により進路が９０度曲げられた光線９４の光軸に対し垂直に配置され、その厚みと屈折率により、平行平板を通過する光線の光路長を変更する機能を有する透明な材料で構成される光学素子である。材料としては、ガラス、プラスチック等を用いることができる。
【００５５】
反射鏡８８は、平行平板８６を通過した光線９６の光軸に対し垂直に配置され、光線９６に対し光軸に垂直な面で鏡映操作を行い、反射光９８として再び平行平板８６に戻す機能を有する光学素子で、片面に金属メッキ等を施したガラス板や、表面を磨いた金属板を用いることができる。
【００５６】
反射鏡８８により戻された反射光９８は、平行平板８６の裏側から入射し、平行平板８６を２度通過した光線１００としてハーフミラー８２に入射する。光線１００に対しハーフミラー８２は透過光学素子として機能し、光線１００はハーフミラー８２を通過して、撮像カメラ７０へ導かれる。
【００５７】
したがって、平行平板通過光路８０を通過する光線は、平行平板８６が光路中に挿入されていない場合に比較して、平行平板８６を２度通過することにより、その光路長が変更される。空気の屈折率をＮ、平行平板８６の屈折率をＮ’とし、光線が平行平板８６を直進したとしてその通過する距離をｓとすると、平行平板８６を２度通過することにより変化する光路長変化量Δｓは、
【数９】
Δｓ＝２ｓ｛（Ｎ／Ｎ’）−１｝ （９）
で与えられる。チップ６２，６４からの光線６６は、この光路長変化量Δｓ分だけ浮き上がって見える状態の光線６８で撮像カメラ７０に導かれるので、撮像カメラ７０の合焦点位置がその分遠くなったことに相当する。
【００５８】
また、チップ６２，６４からの光線６６は、平行平板８６を１度通過した後、反射鏡８８により光軸に垂直な面で鏡映操作が施され、再び平行平板８６を通過するので、平行平板８６が何らかの理由で光軸に対し垂直に配置されなかった場合、例えば平行平板挿入ガイド８４におけるガタ等によって斜めに挿入された場合でも、本発明の原理においての第１の方法で説明したように、平行平板８６を通過したことで生ずる像ずれを相殺することができる。
【００５９】
図４は、像ずれの相殺を模式的に説明する図である。説明のために、物体の像をＲのキャラクタで示した。物体側のＲからの光線６６は、ハーフミラーを介した光線９４となって平行平板８６を通過して反射鏡に到る。平行平板８６が光軸に対し正確に垂直に配置された場合の通過光線と反射鏡上のＲ像を実線で示す。平行平板８６が光軸に対し傾いて配置されると、通過光線及び反射鏡上のＲ像は破線のように、光軸に垂直な面上でずれを生ずる。このように像ずれが生じても、その像ずれのあるＲ像に対し反射鏡により光軸に垂直な面で鏡映操作が施された光線９８を、再び平行平板８６の裏側に入射することで、光線９８は、光軸に対し傾いた平行平板８６をちょうど最初の通過光路を逆方向に進むことができる。したがって平行平板８６を再度通過した光線１００は元々の像Ｒと同じに復元され、像ずれが相殺されることになる。
【００６０】
図５は、他の平行平板通過光路１２０を用いたワイヤボンダー５２を示す図である。この平行平板通過光路１２０では、ハーフミラーに代えてプリズム１２２を、反射鏡に代えて３回反射の光学素子１２４を用いている。３回反射の光学素子１２４は、５角プリズム１２６と３角プリズム１２８を組み合わせて構成したものを用いることができる。図５において図３と同様の要素については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６１】
プリズム１２２は、その１つの面が物体からの光線９２を入射角度４５度で受け止めるように光路中に置かれる。プリズム１２２の屈折率と空気の屈折率との関係を適当に選ぶことで、入射した光線を完全反射させることができる。このように完全反射され、進路を９０度変更された光線９５が平行平板８６に入射される。光線１０１においても進路にハーフミラーがないため、そのまま損失なく撮像カメラ７０に到達する。したがって、図３においてハーフミラー８２を用いた場合は、ハーフミラーが入射光をある分配率で反射光と透過光とに分けるため、例えば物体からの光の２５％の光が撮像カメラ７０に供給されるのに対し、より明るい像を得ることができる。
【００６２】
また、平行平板８６を通過した明るい光線９７は、３回反射の光学素子１２４によって、その光軸に垂直な面で鏡映操作を受ける。鏡映操作を受けた光線９９は平行平板８６の裏側に入射され、再度平行平板８６を通過した光線１０１はそのまま撮像カメラ７０に導かれる。
【００６３】
平行平板８６を１度通過した光線に対し光軸に垂直な面で鏡映操作を行うには、その光線に対し奇数回反射を行えばよい。１回反射させたいときは図３のように単純反射鏡を用いることができ、３回反射させたいときは図５のように５角プリズムと３角プリズムを組み合わせた光学素子を用いることができ、同様に他の奇数回反射についても適当な構造の光学素子を用いることができる。
【００６４】
図５においては、ハーフミラーの代替にプリズムを用い、反射鏡の代替に奇数回反射の光学素子を用いた場合について説明したが、ハーフミラーと奇数回反射の光学素子との組み合わせでもよい。
【００６５】
図６は、さらに他の平行平板通過光路１４０を用いたワイヤボンダー５４を示す図である。図７は、平行平板通過光路１４０の部分を斜視図でもって模式的に示した図である。この実施形態においては、平行平板通過光路１４０は、その光路中に反射鏡１４２と、平行平板挿入ガイド８４により出し入れ可能な平行平板８７と、第１プリズム１４４と、第２プリズム１４６とを備える。第１プリズム１４４と第２プリズム１４６とは、平行平板８７を１度通過した光線を光軸周りに１８０°回転させて、光線が最初に平行平板８７に入射した側の面から再度入射させるために設けられる。
【００６６】
反射鏡１４２は、光線６６の光軸に４５度の傾き角度で光路中に配置され、物体からの光線１５２の進路を９０度変更する機能を有する反射鏡である。平行平板８７は、反射鏡１４２により進路が９０度曲げられた光線１５４の光軸に対し垂直に配置され、その厚みと屈折率により光線の光路長を変更する機能を有する透明な材料からなる光学素子であることは図３の平行平板８６と同様である。その形状は、図７に示すように、一部に切り欠きを有し、平行平板を通すことなく平行平板の裏側から表側に光線を戻すことができる構造を有する。
【００６７】
第１プリズム１４４は、平行平板８７を通過した光線１５６を２度反射するプリズムで、２つの反射面の配置は、この２度反射により、図７に示すＸ軸周りに、像が表裏ひっくり返されるように設定される。プリズムの他に、直角反射鏡のように光線を２回反射する光学素子を用いることもできる。光線１５８は、平行平板８７の切り欠き部分を通り、平行平板の裏側から表側に進む。
【００６８】
第２プリズムは、光線１５８を２度反射するプリズムで、２つの反射面の配置は、この２度反射により、図７に示すＹ軸周りに、像が表裏ひっくり返されるように設定される。プリズムの他に、直角反射鏡のように光線を２回反射する光学素子を用いることもできる。
【００６９】
第１プリズム１４４及び第２プリズム１４６によって光軸周りに１８０度回転され、平行平板８７を再度通過した光線１６２は、撮像カメラ７０へ導かれる。
【００７０】
したがって、平行平板通過光路１４０を通過する光線は、平行平板８７が光路中に挿入されていない場合に比較して、平行平板８７を２度通過することにより、その光路長が変更され、撮像カメラ７０の合焦点位置がその分遠くなる。
【００７１】
また、チップ６２，６４からの光線６６は、平行平板８７を１度通過した後、その光線が光軸周りに１８０度回転されて再び平行平板８７を通過するので、平行平板８７が何らかの理由で光軸に対し垂直に配置されなかった場合でも、本発明の原理においての第２の方法で説明したように、平行平板８７を通過したことで生ずる像ずれを相殺することができる。
【００７２】
図８は、像ずれの相殺を模式的に説明する図である。物体側のＲからの光線６６は、反射鏡を介した光線１５４となって平行平板８７を通過して第１プリズムに到る。平行平板８７が光軸に対し正確に垂直に配置された場合の通過光線と第１プリズムに入射するＲ像を実線で示す。平行平板８７が光軸に対し傾いて配置されると、通過光線及び第１プリズムに入射するＲ像は破線のように、光軸に垂直な面上でずれを生ずる。このように像ずれが生じても、第１プリズム及び第２プリズムによりその像ずれのあるＲ像についてその光軸周りに１８０度回転した光線１６０を、再び平行平板８７の表側に入射すればよい。このことで、本発明の原理において第２の方法で説明したように、平行平板８７を再度通過した光線１６０は、元々の像Ｒを１８０度回転した像の状態で、像ずれが相殺されて復元される。
【００７３】
図９は、平行平板通過光路の光路長を変更するのに、複数の平行平板を組み合わせて用いる様子を示す図である。この例では、４枚の平行平板２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄを組み合わせ、所望の光路長可変量を得る。平行平板の組み合わせを平行平板通過光路に置くために、平行平板挿入ガイド２０２には、光線の通過窓２０４の他に、各平行平板を独立して出し入れできるスライド溝２０６が設けられる。
【００７４】
平行平板の組み合わせは、光路長可変量の異なる平行平板を複数枚用いて行ってもよく、同じ光路長可変量の平行平板を複数枚組み合わせてもよい。各平行平板の光路長可変量をΔ（２ｓ）ｉとすると、全体の光路長可変量は、ΣΔ（２ｓ）ｉで与えられる。図９に示すように、平行平板挿入ガイド２０２に４枚の平行平板が出し入れ可能のときは、平行平板通過光路に平行平板を０枚から４枚の範囲で任意の枚数を配置することができる。
【００７５】
平行平板挿入ガイドに出し入れするための複数の平行平板をあらかじめ平行平板セットとして用意しておくと便利である。この場合、各平行平板の光路長可変量の比を２とすることが好ましい。例えば、光路長可変量の単位をａとして、ａ，２ａ，４ａ，８ａ，１６ａ，３２ａ・・・のように各平行平板の光路長可変量を作りこんでおく。このようにすることで、任意の光路長可変量を得るのに、より少ない枚数の平行平板ですむ。例えば、上記の例で４枚の平行平板が出し入れ可能な平行平板挿入ガイド２０２の場合に、光路長可変量がａ，２ａ，４ａ，８ａ，１６ａ，３２ａの６枚の平行平板を用意しておくことで、ａ刻みで０から６３ａまでの光路長可変量を得ることができる。
【００７６】
図１０は、平行平板通過光路の光路長を変更するのに、光路長可変量の異なる複数の平行平板を１列に並べて配置して用いる様子を示す図である。平行平板並べ板２１０は、光路長可変量を異ならせた平行平板２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ，２００ｅ，２００ｆを１枚の板に１列に配置したものである。平行平板並べ板２１０における所望の光路長可変量を有する平行平板を平行平板通過光路に置くために、平行平板挿入ガイド２１２には、１個の平行平板分の光線が通過できる通過窓２１４と、両側に平行平板並べ板２１０をスライドできるスライド口が設けられる。平行平板並べ板２１０は、一方のスライド口から他方のスライド口に向けて挿入され、その間でスライドされることで、所望の平行平板部分をちょうど通過窓２１４の位置に来るように設定できる。
【００７７】
図１１は、光学系の光路長を変更する新しい素子として、平行反射鏡３００を用いたワイヤボンダー３５０の様子を示す図である。図３と同様の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図１１においてスタックド素子から出た光線６６は、光路長を変更するための平行反射鏡通過光路３８０を経由し、光線６８として撮像カメラ７０に到達する。平行反射鏡通過光路３８０には、回転可能な平行反射鏡３００が配置される。
【００７８】
図１１において、ハーフミラー８２は、光線６６の光軸に４５度の傾き角度で光路中に配置され、物体からの光線３９２の進路を９０度変更する機能を有する半透過鏡である。
【００７９】
平行反射鏡３００は、ハーフミラー８２により進路を変更された光線３９４を受ける位置に配置される。平行反射鏡３００は、２個の反射面３０２，３０４を対向させて所定の間隔で平行に配置される平行反射鏡で、平行反射鏡の全体を光軸に垂直な回転軸３０６周りに回転可能である。この構成によると、光線３９４が一方の反射面３０２に入射する入射角度と、一方の反射面３０２で反射された光線３９６が他方の反射面３０４でさらに反射された光線の出射角度とは、入射角度＝出射角度の関係を維持しつつ、平行反射鏡の回転により可変することができる。
【００８０】
図１１において、平行反射鏡の全体を回転した場合における光路長変化の様子の例を実線と破線とで示した。図に示すように、平行反射鏡３００を回転軸３０６周りに回転すると、２個の反射面３０２，３０４で反射される光線の光路は、入射角度＝出射角度の関係を維持しつつ回転軸３０６に垂直な面で回転する。つまり、平行反射鏡３００を回転軸３０６周りに回転することで、平行反射鏡３００を通過する光線の光路長を可変することができる。但し、図１１の実線と破線の場合を比較して理解できるように、平行反射鏡３００を回転することで、光軸に垂直な面内で像ずれが生ずる。
【００８１】
反射鏡８８は、平行反射鏡３００を１度通過した光線３９８を受け止め、光軸に垂直な面で鏡映操作を施し、反射光４００として再び平行反射鏡３００に戻す機能を有する光学素子で、平行反射鏡３００の裏側の反射面３０４に入射する機能を有する。反射鏡に代えて、図５で説明した５角プリズムと３角プリズムとを組み合わせた３回反射光学素子等の奇数回反射光学素子を用いてもよい。
【００８２】
反射鏡８８により戻された反射光４００は、平行反射鏡３００の他方の反射面３０４に入射して反射され、その光線４０２は一方の反射面３０２に入射してさらに反射され、ちょうど最初に通過した光路を逆方向に進み、平行反射鏡３００を２度通過した光線４０４としてハーフミラー８２に入射する。光線４０４に対しハーフミラー８２は透過光学素子として機能し、光線４０４はハーフミラー８２を通過して、撮像カメラ７０へ導かれる。
【００８３】
図１２は平行反射鏡３００を回転したときの光路長の変化量を求める様子を示す図である。２個の反射面の平行間隔をＨとし、平行反射鏡３００の回転角度をθとし、入射角度＝反射角度が４５度のときの光路長を基準にして、回転角度θのときに平行反射鏡３００を２度通過することによる光路長変化量Δｈは、
【数１０】
Δｈ＝２［｛Ｈ／ｃｏｓ（４５°＋θ）｝−｛Ｈｓｉｎ（２θ）／ｃｏｓ（４５°＋θ）｝−Ｈ／ｃｏｓ４５°］ （１０）
で与えられる。チップ６２，６４からの光線６６は、この光路長変化量Δｈ分だけ沈んで見える状態の光線６８で撮像カメラ７０に導かれるので、撮像カメラ７０の合焦点位置がその分近くなったことに相当する。
【００８４】
また、チップ６２，６４からの光線６６は、平行反射鏡３００を１度通過した後、反射鏡８８により光軸に垂直な面で鏡映操作が施され、再び平行反射鏡３００を最初に通過した光路を逆方向に通過するので、元の像を復元でき、平行反射鏡３００を回転することで生ずる像ずれを相殺することができる。
【００８５】
図１３は、光学系の光路長を変更する新しい素子として、４反射面反射鏡４６０を用いたワイヤボンダー４５０の様子を示す図である。図３、図１１と同様の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図１３においてスタックド素子から出た光線６６は、光路長を変更するための４反射面反射鏡通過光路４８０を経由し、光線６８として撮像カメラ７０に到達する。４反射面反射鏡通過光路４８０には、４反射面反射鏡４６０が出し入れ可能な４反射面反射鏡挿入ガイド４７４が設けられ、その中に４反射面反射鏡４６０が挿入される。
【００８６】
図１３において、ハーフミラー８２は、光線６６の光軸に４５度の傾き角度で光路中に配置され、物体からの光線４９２の進路を９０度変更する機能を有する半透過鏡である。
【００８７】
４反射面反射鏡４６０は、ハーフミラー８２により進路を変更された光線４９４を受ける位置に配置され、４個の反射面を対向させて所定の間隔で平行に配置される４反射面反射鏡である。具体的には、直角外側反射鏡４６２と直角内側反射鏡４６４からなり、直角外側反射鏡４６２は、第１の反射面４６６と第２の反射面４６８とが２７０度の角度を有して配置され、直角内側反射鏡４６４は、第３の反射面４７０と第４の反射面４７２とが９０度の角度を有して配置される。そして、第１の反射面４６６と第３の反射面４７０とを対向させ、第２の反射面４６８と第４の反射面４７２とを対向させ、対向する各反射面が所定の間隔で平行に配置される。また、４反射面反射鏡４６０全体は、光線４９４が第１の反射面４６６に入射する入射角度を４５度になるように配置される。
【００８８】
この構成によると、４反射面反射鏡４６０の第１の反射面４６６に入射された光線４９４は、第３の反射面４７０、第４の反射面４７２、第２の反射面４６８と順次入射角度＝反射角度＝４５度の関係で反射を繰り返し、第２の反射面４６８から光線４９６として出る。ここで、４反射面反射鏡４６０が挿入されないときと比較すると、４反射面反射鏡４６０を通過する光線はその分光路長が伸びる。
つまり、４反射面反射鏡４６０を光路から出し入れすることで光学系の光路長を変更することができる。この場合、４反射面反射鏡４６０全体が光軸に対し斜めに配置されると、反射面４６８からの光線４９６において光軸に垂直な面内で像ずれが生ずる。
【００８９】
反射鏡８８は、４反射面反射鏡４６０を１度通過した光線４９６を受け止め、光軸に垂直な面で鏡映操作を施し、反射光４９８として再び４反射面反射鏡４６０に戻す機能を有する光学素子で、４反射面反射鏡４６０の裏側から、第２の反射面４６８に反射光４９８を入射角度４５度で入射する機能を有する。反射鏡に代えて、図５で説明した５角プリズムと３角プリズムとを組み合わせた３回反射光学素子等の奇数回反射光学素子を用いてもよい。
【００９０】
反射鏡８８により戻された反射光４９８は、４反射面反射鏡４６０の第２の反射面４６８、第４の反射面４７２、第３の反射面４７０、第１の反射面４６６と、最初の通過光線と逆向きの光路をたどって、第１の反射面４６６から４反射面反射鏡４６０を２度通過した光線５００としてハーフミラー８２に入射する。光線５００に対しハーフミラー８２は透過光学素子として機能し、光線５００はハーフミラー８２を通過して、撮像カメラ７０へ導かれる。
【００９１】
第１の反射面４６６と第３の反射面４７０との間の光路長をｔ１とすれば、第４の反射面４７２と第２の反射面４６８との間の光路長もｔ１であるので、４反射面反射鏡４６０を２度通過することによる光路長変化量Δｔは、
【数１１】Δｔ＝４ｔ１ （１１）
で与えられる。チップ６２，６４からの光線６６は、この光路長変化量Δｔ分だけ沈んで見える状態の光線６８で撮像カメラ７０に導かれるので、撮像カメラ７０の合焦点位置がその分近くなったことに相当する。
【００９２】
また、チップ６２，６４からの光線６６は、４反射面反射鏡４６０を１度通過した後、反射鏡８８により光軸に垂直な面で鏡映操作が施されて再び４反射面反射鏡４６０を通過するので、４反射面反射鏡４６０が何らかの理由で光軸に対し斜めに配置された場合でも、本発明の原理においての第１の方法で説明したように、４反射面反射鏡４６０を通過したことで生ずる像ずれを相殺することができる。
【００９３】
【発明の効果】
本発明に係るボンディング装置によれば、光学測定器の合焦点位置を変える際に生ずる像ずれを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光軸に対し平行平板の平行面法線が角度αだけ傾いたときの光線の進む様子を示す図である。
【図２】本発明の原理を説明するため、傾き角度αの平行平板を通過した光線を、再度傾き角度−αの平行平板を通過させると、傾き配置による像ずれを相殺できる様子を説明する図である。
【図３】本発明に係る実施の形態におけるワイヤボンダーにおいて、スタックド素子のパッド等の位置を、撮像カメラで測定する様子を示す図である。
【図４】図３のワイヤボンダーにおける像ずれの相殺を模式的に説明する図である。
【図５】他の実施の形態におけるワイヤボンダーを示す図である。
【図６】さらに他の実施の形態におけるワイヤボンダーを示す図である。
【図７】他の実施の形態における平行平板通過光路の部分を斜視図でもって模式的に示した図である。
【図８】図６のワイヤボンダーにおける像ずれの相殺を模式的に説明する図である。
【図９】本発明に係る実施の形態において、複数の平行平板を組み合わせて用いる様子を示す図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態において、光路長可変量の異なる複数の平行平板を１列に並べて配置して用いる様子を示す図である。
【図１１】他の実施の形態において、光学系の光路長を変更する新しい素子として、平行反射鏡を用いたワイヤボンダーの様子を示す図である。
【図１２】平行反射鏡を回転したときの光路長の変化量を求める様子を示す図である。
【図１３】光学系の光路長を変更する新しい素子として、４反射面反射鏡を用いたワイヤボンダーの様子を示す図である。
【図１４】平行平板を用いて光路長を可変する従来技術の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１０ 光軸
１２，３６，３８，８６，８７，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ，２００ｅ，２００ｆ 平行平板
５０，５２，５４，３５０，４５０ ワイヤボンダー
６２，６４ チップ
７０ 撮像カメラ
７２ 結像レンズ
７４ ＣＣＤ
８０，１２０，１４０ 平行平板通過光路
８２ ハーフミラー
８４，２０２，２１２ 平行平板挿入ガイド
８８，１４２ 反射鏡
１２２，１４４，１４６ プリズム
１２４ 光学素子
１２６ ５角プリズム
１２８ ３角プリズム
３００ 平行反射鏡
３０２，３０４，４６６，４６８，４７０，４７２ 反射面
３０６ 回転軸
３８０ 平行反射鏡通過光路
４６０ ４反射面反射鏡
４６２ 直角外側反射鏡
４６４ 直角内側反射鏡
４８０ ４反射面反射鏡通過光路
Claims (18)
- 結像レンズと、結像レンズによるボンディング対象の像を検出する２次元画像センサと、ボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に設けられた平行平板通過光路とを含む光学測定器を用い、複数の高さを持つボンディング対象に対し合焦点位置を可変してボンディングを行うボンディング装置において、
平行平板通過光路は、
ボンディング対象からの光線を受け取り、ボンディング対象の高さに応じた屈折率と厚みを有する平行平板にボンディング対象からの光線を２回通過させて２次元画像センサに導き、平行平板を通過したことで生ずる像ずれを相殺しつつ光学系の合焦点位置を可変する光路であることを特徴とするボンディング装置。 - 請求項１に記載のボンディング装置において、
平行平板通過光路には、平行平板の一方の面より入射して平行平板を通過した光線に対し光軸に垂直な面で鏡映操作を行って、平行平板の他方の面に入射させる鏡映操作光学素子が設けられ、平行平板の他方の面から入射して平行平板を再度通過した光線が２次元画像センサに導かれることを特徴とするボンディング装置。 - 請求項１に記載のボンディング装置において、
平行平板通過光路には、平行平板の一方の面より入射して平行平板を通過した光線に対し光軸周りに１８０度回転操作を行って、平行平板の一方の面に再度入射させる回転操作光学素子が設けられ、平行平板を再度通過した光線が２次元画像センサに導かれることを特徴とするボンディング装置。 - 請求項１に記載のボンディング装置において、光学測定器の光学系が物体側テレセントリック光学系であるときは、平行平板通過光路は、ボンディング対象から結像レンズに向かう光路の途中に設けられることを特徴とするボンディング装置。
- 請求項１に記載のボンディング装置において、
光路長可変量をそれぞれ異ならせた複数の平行平板を１組とする平行平板セットと、
平行平板セットの中から１枚以上の平行平板を選択して平行平板通過光路中に配置する平行平板選択配置手段と、
を備えることを特徴とするボンディング装置。 - 請求項５に記載のボンディング装置において、
平行平板セットは、各平行平板の間における光路長可変量の比が２であることを特徴とするボンディング装置。 - 結像レンズと、結像レンズによるボンディング対象の像を検出する２次元画像センサと、ボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に設けられた光路長可変素子通過光路とを含む光学測定器を用い、複数の高さを持つボンディング対象に対し合焦点位置を可変してボンディングを行うボンディング装置において、
光路長変更素子通過光路は、
２個の反射面を対向させて所定の間隔で平行に配置される平行反射鏡であって、平行反射鏡の全体を光軸に垂直な回転軸周りに回転することで、平行反射鏡を通過する光線の光路長を可変する平行反射鏡を光路長変更素子として含み、
ボンディング対象からの光線を受け取り、ボンディング対象の高さに応じて通過光線の光路長を可変する平行反射鏡に、ボンディング対象からの光線を２度通過させて２次元画像センサに導き、平行反射鏡を通過したことで生ずる像ずれを相殺しつつ光学系の合焦点位置を可変する光路であることを特徴とするボンディング装置。 - 結像レンズと、結像レンズによるボンディング対象の像を検出する２次元画像センサと、ボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に設けられた光路長可変素子通過光路とを含む光学測定器を用い、複数の高さを持つボンディング対象に対し合焦点位置を可変してボンディングを行うボンディング装置において、
光路長変更素子通過光路は、
４個の反射面を対向させて所定の間隔で平行に配置される４反射面反射鏡であって、４反射面反射鏡全体を光路に挿入することで、挿入しない場合に対し４反射面反射鏡内の光路長分の光路長を変化させる４反射面反射鏡を光路長変更素子として含み、
ボンディング対象からの光線を受け取り、ボンディング対象の高さに応じた光路長を有する４反射面反射鏡に、ボンディング対象からの光線を２度通過させて２次元画像センサに導き、４反射面反射鏡を通過したことで生ずる像ずれを相殺しつつ光学系の合焦点位置を可変する光路であることを特徴とするボンディング装置。 - 請求項７または請求項８に記載のボンディング装置において、
光路長変更素子通過光路には、光路長変更素子の一方側より入射して光路長変更素子を通過した光線に対し光軸に垂直な面で鏡映操作を行って、光路長変更素子の他方側に入射させる鏡映操作光学素子が設けられ、光路長変更素子の他方側から入射して光路長変更素子を再度通過した光線が２次元画像センサに導かれることを特徴とするボンディング装置。 - 請求項７または請求項８に記載のボンディング装置において、
光路長変更素子通過光路には、光路長変更素子の一方の面より入射して光路長変更素子を通過した光線に対し光軸周りに１８０度回転操作を行って、光路長変更素子の一方の面に再度入射させる回転操作光学素子が設けられ、光路長変更素子を再度通過した光線が２次元画像センサに導かれることを特徴とするボンディング装置。 - 請求項７または請求項８に記載のボンディング装置において、光学測定器の光学系が物体側テレセントリック光学系であるときは、光路長変更素子通過光路は、ボンディング対象から結像レンズに向かう光路の途中に設けられることを特徴とするボンディング装置。
- 請求項８に記載のボンディング装置において、
４反射面反射鏡は、
第１の反射面と第２の反射面が２７０度の角度を有して配置される直角外側反射鏡と、
第３の反射面と第４の反射面が９０度の角度を有して配置される直角内側反射鏡と、
を有し、第１の反射面と第３の反射面とを対向させ、第２の反射面と第４の反射面とを対向させ、対向する各反射面を所定の間隔で平行に配置される４反射面反射鏡であることを特徴とするボンディング装置。 - 請求項２または請求項９に記載のボンディング装置において、
鏡映操作光学素子は、反射鏡であることを特徴とするボンディング装置。 - 請求項２または請求項９に記載のボンディング装置において、
鏡映操作光学素子は、５角プリズムと３角プリズムとを組み合わせた光学素子であることを特徴とするボンディング装置。 - 請求項３または請求項１０に記載のボンディング装置において、
回転操作光学素子は、入射光線を２度反射する第１プリズムと、第１プリズムからの光線を２度反射する第２プリズムとを含んで構成されることを特徴とするボンディング装置。 - 結像レンズと、結像レンズによるボンディング対象の像を検出する２次元画像センサと、ボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に設けられた平行平板通過光路とを含む光学測定器を用い、複数の高さを持つボンディング対象に対し合焦点位置を可変してボンディング外観検査を行うボンディング外観検査装置において、
平行平板通過光路は、
ボンディング対象からの光線を受け取り、ボンディング対象の高さに応じた屈折率と厚みを有する平行平板にボンディング対象からの光線を２度通過させて２次元画像センサに導き、平行平板を通過したことで生ずる像ずれを相殺しつつ光学系の合焦点位置を可変する光路であることを特徴とするボンディング外観検査装置。 - 結像レンズと、結像レンズによるボンディング対象の像を検出する２次元画像センサと、ボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に設けられた光路長可変素子通過光路とを含む光学測定器を用い、複数の高さを持つボンディング対象に対し合焦点位置を可変してボンディング外観検査を行うボンディング外観検査装置において、
光路長変更素子通過光路は、
２個の反射面を対向させて所定の間隔で平行に配置される平行反射鏡であって、平行反射鏡の全体を光軸に垂直な回転軸周りに回転することで、平行反射鏡を通過する光線の光路長を可変する平行反射鏡を光路長変更素子として含み、
ボンディング対象からの光線を受け取り、ボンディング対象の高さに応じて通過光線の光路長を可変する平行反射鏡に、ボンディング対象からの光線を２度通過させて２次元画像センサに導き、平行反射鏡を通過したことで生ずる像ずれを相殺しつつ光学系の合焦点位置を可変する光路であることを特徴とするボンディング外観検査装置。 - 結像レンズと、結像レンズによるボンディング対象の像を検出する２次元画像センサと、ボンディング対象から２次元画像センサに向かう光路の途中に設けられた光路長可変素子通過光路とを含む光学測定器を用い、複数の高さを持つボンディング対象に対し合焦点位置を可変してボンディング外観検査を行うボンディング外観検査装置において、
光路長変更素子通過光路は、
４個の反射面を対向させて所定の間隔で平行に配置される４反射面反射鏡であって、４反射面反射鏡全体を光路に挿入することで、挿入しない場合に対し４反射面反射鏡内の光路長分の光路長を変化させる４反射面反射鏡を光路長変更素子として含み、
ボンディング対象からの光線を受け取り、ボンディング対象の高さに応じた光路長を有する４反射面反射鏡に、ボンディング対象からの光線を２度通過させて２次元画像センサに導き、４反射面反射鏡を通過したことで生ずる像ずれを相殺しつつ光学系の合焦点位置を可変する光路であることを特徴とするボンディング外観検査装置。
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