JP3566166B2 - ツール位置測定方法、オフセット測定方法、基準部材およびボンディング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス組立装置などの処理装置において、処理対象を処理するツールの位置を精度よく測定するためのツール位置測定方法、およびこれと関連するオフセット測定方法、基準部材およびボンディング装置に関する。
【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変形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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、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に処理作用を行う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、前記位置検出用撮像器を定位置に配置された基準部材に対向させた第一の姿勢において前記位置検出用撮像器と前記基準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、前記ツールを前記基準部材に対向させた第二の姿勢において前記ツールを前記基準部材に近接させて前記ツールと前記基準部材との当接を前記ツール側から検出することにより前記ツールと前記基準部材との位置関係を測定するステップと、これら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ツールの移動量と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である。
【００１０】
第１の本発明では、位置検出用撮像器を基準部材に対向させた第一の姿勢において位置検出用撮像器と基準部材との位置関係を位置検出用撮像器で測定し、他方、ツールを基準部材に対向させた第二の姿勢においてツールを基準部材に近接させてツールと基準部材との当接をツール側から検出することによりツールと基準部材との位置関係を測定する。そして、これら測定結果と、第一の姿勢と第二の姿勢との間における位置検出用撮像器およびツールの移動量とに基づいて、オフセット量を求める。なお、第一の姿勢における測定と第二の姿勢における測定との順番は、どちらが先であってもよい。第１の本発明では、第一の姿勢におけるツールと基準部材との位置関係の測定を、ツールを基準部材に近接させてツールと基準部材との当接をツール側から検出することにより実行することとしたので、従来の圧痕の測定による場合に比して、ツールの位置を明瞭かつ正確に求めることが可能となる。なお基準部材はそれ専用に設けられたものでも、既存の部材の一部を基準部材として利用してもよく、また処理対象を基準部材として用いてもよい。
【００１１】
第２の本発明は、第１の本発明のオフセット測定方法であって、前記第二の姿勢において、前記ツールと前記基準部材とは、位置検出に係る座標軸方向に近接することを特徴とするオフセット測定方法である。
【００１２】
第２の本発明では、第二の姿勢において、ツールと基準部材とが、位置検出に係る座標軸方向に近接するので、第１の本発明と同様の効果を得ることができる。
【００１３】
第３の本発明は、第１または第２の本発明のオフセット測定方法であって、前記ツールと前記基準部材との当接の検出を、前記ツールに印加する振動の変化に基づいて実行することを特徴とするオフセット測定方法である。
【００１４】
第３の本発明では、ツールと基準部材との当接の検出を、ツールに印加する振動の変化に基づいて実行するので、とくにツールと処理対象との当接の検出をツールに印加する振動の変化に基づいて実行するような装置において、本発明の方法を容易に適用することができる。
【００１５】
第４の本発明は、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たツールと、を備えた処理装置で処理される処理対象を保持するクランプ部材であって、第１の発明のオフセット測定方法に用いられる基準部材を有することを特徴とするクランプ部材である。第４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。
【００２０】
第５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ツールと、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定位置に設置された基準部材に近接させた第一の姿勢において前記位置検出用撮像器と前記基準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、前記ツールを前記基準部材に近接させた第二の姿勢において前記ツールと前記基準部材との当接を検出することにより前記ツールと前記基準部材との位置関係を測定した測定値と、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である。第５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。
【００２１】
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、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、前記ツールに印加された超音波振動の変化に基づいて前記ツールと前記ボンディング部品との当接を検出する検出手段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ＸＹテーブルにより定位置に設置された基準部材に近接させた第一の姿勢において前記位置検出用撮像器と前記基準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、前記ツールを前記ＸＹテーブルにより前記基準部材に近接させた第二の姿勢において前記ツールに印加された超音波振動の変化に基づいて前記ツールと前記基準部材との当接を前記検出手段で検出することにより前記ツールと前記基準部材との位置関係を測定した測定値と、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ＸＹテーブルの移動量と、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である。第６の本発明では、第１および第３の本発明と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
【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ダを示す。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、本発明における処理作用方向である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はいずれも垂直に下方、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。
【００２３】
処理対象である半導体チップ５７は、図示しないリードフレームの表面に固着保持されている。このリードフレームを搬送するためにリードフレーム搬送用レール３２が設けられており、リードフレーム搬送用レール３２の上にはウインドウクランパ５５が跨設されている。リードフレームの下面側には、半導体チップ５７を加熱すべきヒータが内蔵された図示しない治具が配置されており、この治具は、適宜の駆動機構（図示せず）により昇降自在に構成されている。なお、ウインドウクランパ５５にもこれを昇降するための適宜の駆動機構（図示せず）が設けられており、両者の昇降によって、ボンディング作業中にウインドウクランパ５５と治具との間でリードフレームがクランプされるように構成されている。
【００２４】
ウインドウクランパ５５には、半導体チップ５７およびその周囲のリードフレームを上方に覗かせるための窓５９が形成され、また、窓５９の近傍には、鉛直方向の通孔である基準穴３０が形成されている。図２に示すように、基準穴３０の口縁は長方形をなしており、その図中縦方向の辺３０ａ，３０ｂおよび横方向の辺３０ｃ，３０ｄは、それぞれツール４の位置検出に係る座標軸方向であるＹ軸およびＸ軸と平行をなしている。
【００２５】
図３に示すように、ボンディングアーム３の基部には、ボンディング作業の際にツール４に超音波振動を印加するための超音波トランスデューサ２７が内蔵されている。この超音波トランスデューサ２７は、電歪素子（圧電素子）と電極とを複数組交互に積層してなるものである。この超音波トランスデューサ２７は、半導体チップ５７のボンディング部に対しボンディングアーム３とツール４を介して超音波振動を与え、これとツール４からの荷重とによりボンディング作用を行うためのものである。超音波トランスデューサ２７にはこれに交番電流を印加するためのＵＳ駆動装置２５と、電流値を検出するための信号検出装置２６とが接続されている。信号検出装置２６は、ツール４と半導体チップ５７との当接があった場合のツール４の振動の変化に伴う電流変化に基づいて、ツール４の荷重を調節するためのものであり、この種のワイヤボンダに通常用いられているものと略同様の構成を有する。
【００２６】
ＸＹテーブル１は、コンピュータからなる演算制御装置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、これを利用して演算制御装置２０によって後述する方法で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。なお、図中２４は入出力装置を示す。
【００２７】
ここで、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Ｘｔ、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。
【００２８】
【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４中点線で示すように、位置検出用カメラ７を基準穴３０の上方に移動させる。この時点で位置検出用カメラ７の光軸７ａと、基準穴３０の中心３０ａとが一致する必要はない。そして、この状態で基準穴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、基準穴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。なお、この撮影の際の姿勢が本発明における第一の姿勢である。
【００２９】
このようにして位置検出用カメラ７と基準穴３０との位置関係すなわちΔＸ２、ΔＹ２が測定されると、演算制御装置２０は、ＸＹテーブル制御装置２１を介してＸＹテーブル１を駆動し、位置検出用カメラ７を（−ΔＸ２，−ΔＹ２）だけ移動させる。これにより、図５において点線で示すように、位置検出用カメラ７の光軸７ａは基準穴３０の中心３０ａに一致させられる。
【００３０】
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、位置検出用カメラ７およびツール４を（Ｘｗ，Ｙｗ）だけ移動させる。さらに、ツール４を下降させて、ツール４の先端を、図５において実線で示すように基準穴３０の上縁内に挿入する。
【００３１】
そして、ＵＳ駆動装置２５により超音波トランスデューサ２７を駆動し、ツール４に超音波振動を印加した状態で、ＸＹテーブル１の駆動によりツール４を一定の小さい速度、例えば０．１μｍピッチ×毎秒数ピッチ程度の速度で、Ｘ方向に移動させる。ここでツール４が基準穴３０の口縁に触れるまでの間は、ツール４は外力の影響を受けないので、超音波トランスデューサ２７に印加される電流の波形に変化はない。しかしツール４が基準穴３０の口縁に触れると、この接触に伴って超音波振動が拘束されるため、超音波トランスデューサ２７におけるインピーダンスと位相との変化が生じる。このインピーダンスと位相との変化が信号検出装置２６から演算制御装置２０に入力されると、演算制御装置２０では、変化が所定の基準値を超えた場合に、ツール４と基準穴３０の口縁とが当接したものと判断し、ツール４の移動を停止すると共に、当接時点でのツール４の移動量をメモリ２３に記録する。
【００３２】
次に、ツール４を同速度で−Ｘ方向に駆動し、基準穴３０の逆側の口縁に当接させて、当接時点でのツール４の移動量を記録する。
【００３３】
そして、移動開始点を基準としたＸ方向の移動量と、同じく移動開始点を基準とした−Ｘ方向の移動の際の移動量との平均値、すなわち基準穴３０の中心３０ａのＸ座標を算出し、この中心３０ａのＸ座標と、Ｘ方向移動前のツール４の位置座標との差を、ずれ量ΔＸとして記録する。なお、このツール４と基準穴３０との当接を検出する際の姿勢が、本発明における第二の姿勢である。
【００３４】
同様に、Ｙ方向および−Ｙ方向の移動および測定を行い、これにより基準穴３０の中心３０ａのＹ座標を算出し、この中心３０ａのＹ座標と、Ｙ方向移動前のツール４の位置座標との差を、ずれ量ΔＹとして記録する。
【００３５】
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、ΔＸ１，ΔＹ１（図４参照）はΔＸ２，ΔＹ２に一致するので、オフセット較正量ΔＸ、ΔＹは０となる筈である。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、また熱的影響によるカメラホルダ６やボンディングアーム３の変形などによりオフセット量Ｘｔ、Ｙｔが変化した場合には、ΔＸ１，ΔＹ１はΔＸ２，ΔＹ２に一致せず、両者の誤差としてオフセット較正量ΔＸ、ΔＹが生じる。そして数１により、このオフセット較正量ΔＸ、ΔＹを予め記憶されたオフセット量Ｘｗ、Ｙｗに加算して、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。
【００３６】
このように、本実施形態では、ツール４を、所定位置に配置された基準穴３０にツール４の処理作用方向すなわち略鉛直方向（Ｚ方向）に対し交差する方向である水平方向（ＸＹ方向）に近接させ、ツール４と基準穴３０との当接をツール４側から検出することにより、ツール４と基準穴３０との位置関係を測定する。すなわち、ツール４と基準穴３０との位置関係の測定を、ツール４を基準穴３０に近接させた場合のツール４と基準穴３０との当接により実行することとしたので、従来の圧痕の測定による場合に比して、ツール４の位置を明瞭かつ正確に求めることが可能となる。
【００３７】
また、本実施形態では、ツール４と基準穴３０との当接の検出を、ツール４に印加する超音波振動の変化に基づいて実行するので、とくにツール４と半導体チップ５７との当接の検出をツール４に印加する振動の変化に基づいて実行するような装置において、本発明の方法を容易に適用することができる。
【００３８】
また本実施形態では、半導体チップ５７を保持するウインドウクランパ５５に基準穴３０を形成することとしたので、その構成がきわめて簡易である上、基準穴３０を半導体チップ５７に近接して配置でき、処理作業とオフセット補正作業との間におけるツール４の移動量をきわめて小さくすることができる。
【００３９】
また本実施形態では、基準穴３０の口縁はツール４の位置検出に係る座標軸方向すなわちＸ方向およびＹ方向に沿った辺３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを有することとしたので、位置検出作業における位置情報の位置座標への変換処理をきわめて容易に実行することができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、第一の姿勢において位置検出用カメラ７と基準穴３０との位置関係を測定してから、第二の姿勢においてツール４と基準穴３０との位置関係を測定する構成としたが、第一の姿勢における測定と第二の姿勢における測定との順番は、どちらが先であってもよい。
【００４１】
また、本実施形態では、第一の姿勢において位置検出用カメラ７と基準穴３０との位置関係を測定してから、いったん位置検出用カメラ７の光軸７ａと基準穴３０の中心３０ａとを一致させ、この状態から位置検出用カメラ７とツール４とを予め記憶されたオフセット量Ｘｗ、Ｙｗだけ移動させる構成としたが、かかる構成に代えて、第一の姿勢において位置検出用カメラ７と基準穴３０との位置関係を測定してから、すぐに位置検出用カメラ７とツール４とを予め記憶されたオフセット量Ｘｗ、Ｙｗだけ移動させる構成としてもよい。この場合には、測定値ΔＸ１、ΔＹ１と測定値ΔＸ２、ΔＹ２とを用いて、数２によりオフセット較正量ΔＸ、ΔＹを算出し、このようにして算出されたオフセット較正量ΔＸ、ΔＹを用いて数１の演算を行い、正確なオフセット量を算出すればよいことになる。
【００４２】
【数２】
ΔＸ＝ΔＸ２−ΔＸ１
ΔＹ＝ΔＹ２−ΔＹ１
また、本実施形態では基準部材としてウインドウクランパ５５に設けた基準穴３０を用いたが、本発明における基準部材はウインドウクランパ５５以外のどのような場所に設けてもよい。また基準部材としての基準穴３０を矩形の通孔としたが、本発明における基準部材の形状は矩形でなく三角形や円形でもよく、また通孔でなく有底の穴（凹部）でもよく、さらには平面上に形成されたボス状・畝状ないし柱状の突起であってもよい。また、図６に示すように、ウインドウクランパ５５の窓５９の口縁から内側に突出した基準突起４０の外縁に、ツール４を水平方向の各向きから順次当接させることによって、ツール４と基準突起４０との位置関係を検出してもよい。さらに、ツール４の尖端部の傾斜面を利用するか、あるいは基準部材の口縁を鉛直面でなく傾斜面に形成すれば、ツール４の鉛直方向の下降に伴いツール４と基準部材との位置関係に応じて異なるツール４の高さ位置でツール４と基準部材とが当接するから、これによりツール４と基準部材との位置関係を測定することができる。
【００４３】
さらに、本実施形態では基準部材としてそれ専用に設けられた基準穴３０を用いたが、本発明における基準部材はこのような構成に限られず、既存の部材の一部、例えばウインドウクランパ５５の窓５９の口縁の任意の部分を基準部材として利用でき、また処理対象である半導体チップ５７の外縁を基準部材として用いてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では基準穴３０の画像にその外形を基準とした画像処理を施すことによりその位置を検出する構成としたが、かかる構成に代えて、基準穴３０の近傍に画像処理に適した基準パターンを印刷、刻設ないし突設し、これを基準とした画像処理により位置検出用カメラ７と基準穴３０との位置関係を測定する構成としてもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では位置検出用撮像器としてカメラを用いたが、本発明における位置検出用撮像器はラインセンサなどの光を検出しうる他の構成であってもよく、さらに撮像器に代えて、基準部材の位置を検出できる他のどのような非接触式または接触式の検出器を採用してもよい。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り、さらには撮像器とツールとがオフセットされた他のあらゆる処理装置においても適用することが可能である。
【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実施形態におけるウインドウクランパを示す平面図である。
【図３】制御系を示すブロック図である。
【図４】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基準穴の配置状態を示す平面図である。
【図５】オフセット補正の要部を示す平面図である。
【図６】ウインドウクランパの他の構成例を示す平面図である。
【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、３０ 基準穴、３０ａ 中心、４０ 基準突起、５５ ウインドウクランパ、５７ 半導体チップ、５９ 窓。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス組立装置などの処理装置において、処理対象を処理するツールの位置を精度よく測定するためのツール位置測定方法、およびこれと関連するオフセット測定方法、基準部材およびボンディング装置に関する。
【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変形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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、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に処理作用を行う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、前記位置検出用撮像器を定位置に配置された基準部材に対向させた第一の姿勢において前記位置検出用撮像器と前記基準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、前記ツールを前記基準部材に対向させた第二の姿勢において前記ツールを前記基準部材に近接させて前記ツールと前記基準部材との当接を前記ツール側から検出することにより前記ツールと前記基準部材との位置関係を測定するステップと、これら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ツールの移動量と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である。
【００１０】
第１の本発明では、位置検出用撮像器を基準部材に対向させた第一の姿勢において位置検出用撮像器と基準部材との位置関係を位置検出用撮像器で測定し、他方、ツールを基準部材に対向させた第二の姿勢においてツールを基準部材に近接させてツールと基準部材との当接をツール側から検出することによりツールと基準部材との位置関係を測定する。そして、これら測定結果と、第一の姿勢と第二の姿勢との間における位置検出用撮像器およびツールの移動量とに基づいて、オフセット量を求める。なお、第一の姿勢における測定と第二の姿勢における測定との順番は、どちらが先であってもよい。第１の本発明では、第一の姿勢におけるツールと基準部材との位置関係の測定を、ツールを基準部材に近接させてツールと基準部材との当接をツール側から検出することにより実行することとしたので、従来の圧痕の測定による場合に比して、ツールの位置を明瞭かつ正確に求めることが可能となる。なお基準部材はそれ専用に設けられたものでも、既存の部材の一部を基準部材として利用してもよく、また処理対象を基準部材として用いてもよい。
【００１１】
第２の本発明は、第１の本発明のオフセット測定方法であって、前記第二の姿勢において、前記ツールと前記基準部材とは、位置検出に係る座標軸方向に近接することを特徴とするオフセット測定方法である。
【００１２】
第２の本発明では、第二の姿勢において、ツールと基準部材とが、位置検出に係る座標軸方向に近接するので、第１の本発明と同様の効果を得ることができる。
【００１３】
第３の本発明は、第１または第２の本発明のオフセット測定方法であって、前記ツールと前記基準部材との当接の検出を、前記ツールに印加する振動の変化に基づいて実行することを特徴とするオフセット測定方法である。
【００１４】
第３の本発明では、ツールと基準部材との当接の検出を、ツールに印加する振動の変化に基づいて実行するので、とくにツールと処理対象との当接の検出をツールに印加する振動の変化に基づいて実行するような装置において、本発明の方法を容易に適用することができる。
【００１５】
第４の本発明は、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たツールと、を備えた処理装置で処理される処理対象を保持するクランプ部材であって、第１の発明のオフセット測定方法に用いられる基準部材を有することを特徴とするクランプ部材である。第４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。
【００２０】
第５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ツールと、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定位置に設置された基準部材に近接させた第一の姿勢において前記位置検出用撮像器と前記基準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、前記ツールを前記基準部材に近接させた第二の姿勢において前記ツールと前記基準部材との当接を検出することにより前記ツールと前記基準部材との位置関係を測定した測定値と、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である。第５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。
【００２１】
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、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、前記ツールに印加された超音波振動の変化に基づいて前記ツールと前記ボンディング部品との当接を検出する検出手段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ＸＹテーブルにより定位置に設置された基準部材に近接させた第一の姿勢において前記位置検出用撮像器と前記基準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、前記ツールを前記ＸＹテーブルにより前記基準部材に近接させた第二の姿勢において前記ツールに印加された超音波振動の変化に基づいて前記ツールと前記基準部材との当接を前記検出手段で検出することにより前記ツールと前記基準部材との位置関係を測定した測定値と、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ＸＹテーブルの移動量と、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である。第６の本発明では、第１および第３の本発明と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
【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ダを示す。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、本発明における処理作用方向である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はいずれも垂直に下方、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。
【００２３】
処理対象である半導体チップ５７は、図示しないリードフレームの表面に固着保持されている。このリードフレームを搬送するためにリードフレーム搬送用レール３２が設けられており、リードフレーム搬送用レール３２の上にはウインドウクランパ５５が跨設されている。リードフレームの下面側には、半導体チップ５７を加熱すべきヒータが内蔵された図示しない治具が配置されており、この治具は、適宜の駆動機構（図示せず）により昇降自在に構成されている。なお、ウインドウクランパ５５にもこれを昇降するための適宜の駆動機構（図示せず）が設けられており、両者の昇降によって、ボンディング作業中にウインドウクランパ５５と治具との間でリードフレームがクランプされるように構成されている。
【００２４】
ウインドウクランパ５５には、半導体チップ５７およびその周囲のリードフレームを上方に覗かせるための窓５９が形成され、また、窓５９の近傍には、鉛直方向の通孔である基準穴３０が形成されている。図２に示すように、基準穴３０の口縁は長方形をなしており、その図中縦方向の辺３０ａ，３０ｂおよび横方向の辺３０ｃ，３０ｄは、それぞれツール４の位置検出に係る座標軸方向であるＹ軸およびＸ軸と平行をなしている。
【００２５】
図３に示すように、ボンディングアーム３の基部には、ボンディング作業の際にツール４に超音波振動を印加するための超音波トランスデューサ２７が内蔵されている。この超音波トランスデューサ２７は、電歪素子（圧電素子）と電極とを複数組交互に積層してなるものである。この超音波トランスデューサ２７は、半導体チップ５７のボンディング部に対しボンディングアーム３とツール４を介して超音波振動を与え、これとツール４からの荷重とによりボンディング作用を行うためのものである。超音波トランスデューサ２７にはこれに交番電流を印加するためのＵＳ駆動装置２５と、電流値を検出するための信号検出装置２６とが接続されている。信号検出装置２６は、ツール４と半導体チップ５７との当接があった場合のツール４の振動の変化に伴う電流変化に基づいて、ツール４の荷重を調節するためのものであり、この種のワイヤボンダに通常用いられているものと略同様の構成を有する。
【００２６】
ＸＹテーブル１は、コンピュータからなる演算制御装置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、これを利用して演算制御装置２０によって後述する方法で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。なお、図中２４は入出力装置を示す。
【００２７】
ここで、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Ｘｔ、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。
【００２８】
【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４中点線で示すように、位置検出用カメラ７を基準穴３０の上方に移動させる。この時点で位置検出用カメラ７の光軸７ａと、基準穴３０の中心３０ａとが一致する必要はない。そして、この状態で基準穴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、基準穴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。なお、この撮影の際の姿勢が本発明における第一の姿勢である。
【００２９】
このようにして位置検出用カメラ７と基準穴３０との位置関係すなわちΔＸ２、ΔＹ２が測定されると、演算制御装置２０は、ＸＹテーブル制御装置２１を介してＸＹテーブル１を駆動し、位置検出用カメラ７を（−ΔＸ２，−ΔＹ２）だけ移動させる。これにより、図５において点線で示すように、位置検出用カメラ７の光軸７ａは基準穴３０の中心３０ａに一致させられる。
【００３０】
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、位置検出用カメラ７およびツール４を（Ｘｗ，Ｙｗ）だけ移動させる。さらに、ツール４を下降させて、ツール４の先端を、図５において実線で示すように基準穴３０の上縁内に挿入する。
【００３１】
そして、ＵＳ駆動装置２５により超音波トランスデューサ２７を駆動し、ツール４に超音波振動を印加した状態で、ＸＹテーブル１の駆動によりツール４を一定の小さい速度、例えば０．１μｍピッチ×毎秒数ピッチ程度の速度で、Ｘ方向に移動させる。ここでツール４が基準穴３０の口縁に触れるまでの間は、ツール４は外力の影響を受けないので、超音波トランスデューサ２７に印加される電流の波形に変化はない。しかしツール４が基準穴３０の口縁に触れると、この接触に伴って超音波振動が拘束されるため、超音波トランスデューサ２７におけるインピーダンスと位相との変化が生じる。このインピーダンスと位相との変化が信号検出装置２６から演算制御装置２０に入力されると、演算制御装置２０では、変化が所定の基準値を超えた場合に、ツール４と基準穴３０の口縁とが当接したものと判断し、ツール４の移動を停止すると共に、当接時点でのツール４の移動量をメモリ２３に記録する。
【００３２】
次に、ツール４を同速度で−Ｘ方向に駆動し、基準穴３０の逆側の口縁に当接させて、当接時点でのツール４の移動量を記録する。
【００３３】
そして、移動開始点を基準としたＸ方向の移動量と、同じく移動開始点を基準とした−Ｘ方向の移動の際の移動量との平均値、すなわち基準穴３０の中心３０ａのＸ座標を算出し、この中心３０ａのＸ座標と、Ｘ方向移動前のツール４の位置座標との差を、ずれ量ΔＸとして記録する。なお、このツール４と基準穴３０との当接を検出する際の姿勢が、本発明における第二の姿勢である。
【００３４】
同様に、Ｙ方向および−Ｙ方向の移動および測定を行い、これにより基準穴３０の中心３０ａのＹ座標を算出し、この中心３０ａのＹ座標と、Ｙ方向移動前のツール４の位置座標との差を、ずれ量ΔＹとして記録する。
【００３５】
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、ΔＸ１，ΔＹ１（図４参照）はΔＸ２，ΔＹ２に一致するので、オフセット較正量ΔＸ、ΔＹは０となる筈である。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、また熱的影響によるカメラホルダ６やボンディングアーム３の変形などによりオフセット量Ｘｔ、Ｙｔが変化した場合には、ΔＸ１，ΔＹ１はΔＸ２，ΔＹ２に一致せず、両者の誤差としてオフセット較正量ΔＸ、ΔＹが生じる。そして数１により、このオフセット較正量ΔＸ、ΔＹを予め記憶されたオフセット量Ｘｗ、Ｙｗに加算して、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。
【００３６】
このように、本実施形態では、ツール４を、所定位置に配置された基準穴３０にツール４の処理作用方向すなわち略鉛直方向（Ｚ方向）に対し交差する方向である水平方向（ＸＹ方向）に近接させ、ツール４と基準穴３０との当接をツール４側から検出することにより、ツール４と基準穴３０との位置関係を測定する。すなわち、ツール４と基準穴３０との位置関係の測定を、ツール４を基準穴３０に近接させた場合のツール４と基準穴３０との当接により実行することとしたので、従来の圧痕の測定による場合に比して、ツール４の位置を明瞭かつ正確に求めることが可能となる。
【００３７】
また、本実施形態では、ツール４と基準穴３０との当接の検出を、ツール４に印加する超音波振動の変化に基づいて実行するので、とくにツール４と半導体チップ５７との当接の検出をツール４に印加する振動の変化に基づいて実行するような装置において、本発明の方法を容易に適用することができる。
【００３８】
また本実施形態では、半導体チップ５７を保持するウインドウクランパ５５に基準穴３０を形成することとしたので、その構成がきわめて簡易である上、基準穴３０を半導体チップ５７に近接して配置でき、処理作業とオフセット補正作業との間におけるツール４の移動量をきわめて小さくすることができる。
【００３９】
また本実施形態では、基準穴３０の口縁はツール４の位置検出に係る座標軸方向すなわちＸ方向およびＹ方向に沿った辺３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを有することとしたので、位置検出作業における位置情報の位置座標への変換処理をきわめて容易に実行することができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、第一の姿勢において位置検出用カメラ７と基準穴３０との位置関係を測定してから、第二の姿勢においてツール４と基準穴３０との位置関係を測定する構成としたが、第一の姿勢における測定と第二の姿勢における測定との順番は、どちらが先であってもよい。
【００４１】
また、本実施形態では、第一の姿勢において位置検出用カメラ７と基準穴３０との位置関係を測定してから、いったん位置検出用カメラ７の光軸７ａと基準穴３０の中心３０ａとを一致させ、この状態から位置検出用カメラ７とツール４とを予め記憶されたオフセット量Ｘｗ、Ｙｗだけ移動させる構成としたが、かかる構成に代えて、第一の姿勢において位置検出用カメラ７と基準穴３０との位置関係を測定してから、すぐに位置検出用カメラ７とツール４とを予め記憶されたオフセット量Ｘｗ、Ｙｗだけ移動させる構成としてもよい。この場合には、測定値ΔＸ１、ΔＹ１と測定値ΔＸ２、ΔＹ２とを用いて、数２によりオフセット較正量ΔＸ、ΔＹを算出し、このようにして算出されたオフセット較正量ΔＸ、ΔＹを用いて数１の演算を行い、正確なオフセット量を算出すればよいことになる。
【００４２】
【数２】
ΔＸ＝ΔＸ２−ΔＸ１
ΔＹ＝ΔＹ２−ΔＹ１
また、本実施形態では基準部材としてウインドウクランパ５５に設けた基準穴３０を用いたが、本発明における基準部材はウインドウクランパ５５以外のどのような場所に設けてもよい。また基準部材としての基準穴３０を矩形の通孔としたが、本発明における基準部材の形状は矩形でなく三角形や円形でもよく、また通孔でなく有底の穴（凹部）でもよく、さらには平面上に形成されたボス状・畝状ないし柱状の突起であってもよい。また、図６に示すように、ウインドウクランパ５５の窓５９の口縁から内側に突出した基準突起４０の外縁に、ツール４を水平方向の各向きから順次当接させることによって、ツール４と基準突起４０との位置関係を検出してもよい。さらに、ツール４の尖端部の傾斜面を利用するか、あるいは基準部材の口縁を鉛直面でなく傾斜面に形成すれば、ツール４の鉛直方向の下降に伴いツール４と基準部材との位置関係に応じて異なるツール４の高さ位置でツール４と基準部材とが当接するから、これによりツール４と基準部材との位置関係を測定することができる。
【００４３】
さらに、本実施形態では基準部材としてそれ専用に設けられた基準穴３０を用いたが、本発明における基準部材はこのような構成に限られず、既存の部材の一部、例えばウインドウクランパ５５の窓５９の口縁の任意の部分を基準部材として利用でき、また処理対象である半導体チップ５７の外縁を基準部材として用いてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では基準穴３０の画像にその外形を基準とした画像処理を施すことによりその位置を検出する構成としたが、かかる構成に代えて、基準穴３０の近傍に画像処理に適した基準パターンを印刷、刻設ないし突設し、これを基準とした画像処理により位置検出用カメラ７と基準穴３０との位置関係を測定する構成としてもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では位置検出用撮像器としてカメラを用いたが、本発明における位置検出用撮像器はラインセンサなどの光を検出しうる他の構成であってもよく、さらに撮像器に代えて、基準部材の位置を検出できる他のどのような非接触式または接触式の検出器を採用してもよい。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り、さらには撮像器とツールとがオフセットされた他のあらゆる処理装置においても適用することが可能である。
【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実施形態におけるウインドウクランパを示す平面図である。
【図３】制御系を示すブロック図である。
【図４】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基準穴の配置状態を示す平面図である。
【図５】オフセット補正の要部を示す平面図である。
【図６】ウインドウクランパの他の構成例を示す平面図である。
【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、３０ 基準穴、３０ａ 中心、４０ 基準突起、５５ ウインドウクランパ、５７ 半導体チップ、５９ 窓。
Claims (6)
- 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に処理作用を行う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、
前記位置検出用撮像器を定位置に配置された基準部材に対向させた第一の姿勢において前記位置検出用撮像器と前記基準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、
前記ツールを前記基準部材に対向させた第二の姿勢において前記ツールを前記基準部材に近接させて前記ツールと前記基準部材との当接を前記ツール側から検出することにより前記ツールと前記基準部材との位置関係を測定するステップと、
これら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ツールの移動量と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。 - 請求項１に記載のオフセット測定方法であって、
前記第二の姿勢において、前記ツールと前記基準部材とは、位置検出に係る座標軸方向に近接することを特徴とするオフセット測定方法。 - 請求項１または２に記載のオフセット測定方法であって、
前記ツールと前記基準部材との当接の検出を、前記ツールに印加する振動の変化に基づいて実行することを特徴とするオフセット測定方法。 - 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たツールと、を備えた処理装置で処理される処理対象を保持するクランプ部材であって、
請求項１に記載のオフセット測定方法に用いられる基準部材を有することを特徴とするクランプ部材。 - 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において、
前記位置検出用撮像器を定位置に設置された基準部材に近接させた第一の姿勢において前記位置検出用撮像器と前記基準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、
前記ツールを前記基準部材に近接させた第二の姿勢において前記ツールと前記基準部材との当接を検出することにより前記ツールと前記基準部材との位置関係を測定した測定値と、
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。 - 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、前記ツールに印加された超音波振動の変化に基づいて前記ツールと前記ボンディング部品との当接を検出する検出手段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ＸＹテーブルにより定位置に設置された基準部材に近接させた第一の姿勢において前記位置検出用撮像器と前記基準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、
前記ツールを前記ＸＹテーブルにより前記基準部材に近接させた第二の姿勢において前記ツールに印加された超音波振動の変化に基づいて前記ツールと前記基準部材との当接を前記検出手段で検出することにより前記ツールと前記基準部材との位置関係を測定した測定値と、
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ＸＹテーブルの移動量と、
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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