JP3732082B2 - ボンディング装置およびボンディング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はボンディング装置および方法に係り、特にボンディング部品を撮像する撮像器に係るずれ量を正確に算出できる装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、一例としてワイヤボンディング装置について説明する。ＸＹテーブル上に搭載されたボンディングヘッドには、半導体デバイスなどのボンディング部品上のボンディング点を特定するためにボンディング部品上の基準パターンを撮像する位置検出用カメラ（以下カメラという）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、カメラがボンディング部材上の所定の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カメラの視野の妨げにならないように、カメラの光軸とツールの軸心とはＸＹ方向に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、カメラの光軸とツールの軸心との距離をカメラツールオフセット量、あるいは単にオフセット量と呼んでいる。
【０００３】
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、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、オフセット量を測定・較正する必要がある。
【０００４】
このオフセット量の測定・較正には種々の方法が提案されているが、例えば特開２０００−１００８５８号公報の開示する方法は以下のとおりである。まず、半導体デバイスまたはその近傍における適宜箇所に、ツールの先端を当接させて圧痕を形成する。次にＸＹテーブルを駆動してボンディングヘッドを予め記憶されたオフセット量だけ移動させ、カメラで圧痕を含む画像を撮像する。次に、得られた画像に画像処理を施すことにより、圧痕の中心点の位置座標を求める。そして、圧痕の中心点の位置座標と、光軸の位置座標との距離をＸＹ方向について算出し、これに上記予め記憶されたオフセット量を加算することで、オフセット量を測定する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年、複数のカメラをＸＹテーブル上に搭載し、例えば高倍率側のカメラをパッド側位置合わせ認識に使用し、また低倍率側のカメラをリード側位置合わせ認識に使用する方法が試みられている（例えば、特開昭６３−２３６３４０号公報）。この方法では、高倍率側のカメラによりパッドにおける高精度なボンディングができ、また低倍率側のカメラで多数本に亘るリードの画像を一括して処理できるので高能率化が期待できる。
【０００６】
そこで、上記従来のオフセット量の測定方法を、このように複数のカメラを搭載した装置において適用する場合には、個々のカメラとツールとの間のオフセット量を個別に測定すればよい。しかし、ツールは使用により摩耗・変形するため、一日に一度程度の頻度で交換しなければならないから、このような構成においてツールを交換した場合には、個々のカメラについてツールとの間のオフセット量を再び測定しなければならず煩雑である。
【０００７】
そこで本発明の目的は、複数のカメラを使用する場合にオフセット量の測定を簡略化できる手段を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るボンディング装置は、ボンディング部品のパッドを撮像する第１の撮像器と、前記第１の撮像器と異なる撮像倍率で前記ボンディング部品のリードを撮像する第２の撮像器と、前記第１の撮像器の画像データに基づき前記パッドに対しボンディング処理を行い、前記第２の撮像器の画像データに基づき前記リードに対しボンディング処理を行う処理部材と、を備えたボンディング装置であって、前記第１の撮像器により撮像した所定のパターンの第１の画像データと、前記第２の撮像器により撮像した前記所定のパターンの第２の画像データとに基づいて、前記第１の画像データの基準点と、前記第２の画像データの基準点との間のずれ量を算出し、これを用いて前記処理部材と前記第２の撮像器との間のオフセット量を算出する第２オフセット算出手段と、を備え、第２オフセット算出手段は、前記第１の撮像器による画像データと前記第２の撮像器による画像データのうち高倍率側の画像データを低倍率側の撮像倍率にあわせて縮小処理すると共に、前記低倍率側の画像データと比較して前記ずれ量を算出することを特徴とするボンディング装置である。
【０００９】
本発明に係るボンディング装置では、第１の撮像器により撮像された第１の画像データと第１の撮像器と異なる撮像倍率で第２の撮像器により撮像された第２の画像データとに基づいて、第１の画像の基準点と第２の画像の基準点との間のずれ量を算出する。この際に、第１の撮像器により撮像した第１の画像データと第２の撮像器により撮像した第２の画像データのうち高倍率側の画像データを低倍率側の撮像倍率にあわせて縮小処理すると共に、低倍率側の画像データと比較してずれ量を算出することとするので、ずれ量の算出に低倍率側の画像データをそのまま利用でき好適であり、個々の撮像器の倍率を考慮した正確なずれ量の算出が可能となる。そして算出されたずれ量を用いることにより、第１の撮像器とツールとの間のオフセット量に基づいて第２の撮像器とツールとの間のオフセット量を算出でき、これにより、ツールを交換した場合などにも、第２の撮像器とツールとの間のオフセット量の再測定を不要にすることができる。
【００１３】
本発明に係るボンディング方法は、ボンディング部品のパッドを撮像する第１の撮像器と、前記第１の撮像器と異なる撮像倍率で前記ボンディング部品のリードを撮像する第２の撮像器と、前記第１の撮像器の画像データに基づき前記パッドに対しボンディング処理を行い、前記第２の撮像器の画像データに基づき前記リードに対しボンディング処理を行う処理部材と、前記第１の撮像器により撮像した画像データに基づいて前記処理部材と前記第１の撮像器との間のオフセット量を算出する演算処理装置と、を備えたボンディング装置におけるボンディング方法であって、前記第１の撮像器により撮像した所定のパターンの第１の画像データと前記第２の撮像器により撮像した前記所定のパターンの第２の画像データとについて、前記第１の画像データと前記第２の画像データのうち高倍率側の画像データを低倍率側の撮像倍率にあわせて縮小処理するステップと、縮小処理した画像データを前記低倍率側の画像データと比較するステップと、前記第１の画像データの基準点と、前記第２の画像データの基準点との間のずれ量を算出するステップと、を含み、前記第１の画像データの基準点と、前記第２の画像データの基準点との間のずれ量を算出し、これを用いて前記処理部材と前記第２の撮像器との間のオフセット量を算出することを特徴とするボンディング方法である。
【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ないし図５は本発明の実施形態を示す。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が上下動可能に設けられ、ボンディングアーム３は図示しない上下駆動手段で上下方向に駆動される。ボンディングアーム３の先端部にはツール４が取り付けられ、ツール４にはワイヤ５が挿通されている。本実施形態におけるツール４はキャピラリである。
【００１７】
ボンディングヘッド２には鏡筒６が固定されており、鏡筒６には、第１カメラ７および第２カメラ５７がそれぞれ固定されている。第１カメラ７および第２カメラ５７は、いずれも電荷結合素子（ＣＣＤ）とレンズ系とを備えた光電変換式の撮像器であり、第１カメラ７は半導体デバイス１０上のパッド１１を高倍率で撮像し、第２カメラ５７は低倍率でリード１２を撮像するものである。鏡筒６の撮像軸６ａおよびツール４の軸心４ａは、いずれも垂直に下方へ向かっている。ＸＹテーブル１は、その近傍に設置された図示しない２個のパルスモータによりＸ方向およびＹ方向に正確に移動できるように構成されている。以上は周知の構造である。
【００１８】
図２において、鏡筒６は筒体からなり、ミラー１６ａ，１６ｂおよびハーフミラー１６ｃを備えている。ミラー１６ａは、図中下方から鉛直上向きに入射した光を右向きに反射する反射面を有する。ハーフミラー１６ｃは、ミラー１６ａからの反射光を、上向きの反射光と右向きに透過光とに分岐させる。ミラー１６ｂは、ハーフミラー１６ｃからの透過光を上向きに反射させる。
【００１９】
図３は第１カメラ７により撮像された高倍率画像３０を、また図４は第２カメラにより撮像された低倍率画像４０を示す。高倍率画像３０および低倍率画像４０は、各画像における視野の中心を示すものとして表示・記憶される画像中心マーク３２，４２と、この画像中心マーク３２，４２を囲む視野内の領域を示すものとして表示・記憶されるレチクルマーク３４，４４とをそれぞれ伴っている。
【００２０】
画像中心マーク３２，４２に対応する光路７ａ，５７ａ（図２参照）、およびツール４の軸心４ａは、互いにＸＹ方向にオフセットされている。光路７ａと軸心４ａとのオフセット量は（Ｘｔ１，Ｙｔ１）、光路５７ａと軸心４ａとのオフセット量は（Ｘｔ２，Ｙｔ２）である。光路７ａと光路５７ａとのずれ量は、（ΔＸｔ，ΔＹｔ）である。
【００２１】
なお、光路７ａ，５７ａは、第１カメラ７や第２カメラ５７の光軸とは必ずしも一致せず、また鏡筒６の撮像軸６ａとも、必ずしも一致しない。
【００２２】
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。第１カメラ７および第２カメラ５７の撮像により取得された画像データは、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によって後述する方法により正確なオフセット量（Ｘｔ１，Ｙｔ１）、（ΔＸｔ，ΔＹｔ）および（Ｘｔ２，Ｙｔ２）が算出される。演算制御装置２０には、入出力装置２４および表示装置２５が接続されている。表示装置２５はＣＲＴなどからなり、第１カメラ７および第２カメラ５７により撮像された低倍率画像３０、高倍率画像４０およびその他の画像が表示される。
【００２３】
次に、本実施形態における動作を説明する。図６において、まず、第１カメラ７および第２カメラ５７の倍率比をそれぞれ算出する（Ｓ１０）。この倍率比の計算は、高倍率側および低倍率側の倍率を求め、次に低倍率側の倍率を高倍率側の倍率で除することにより行う。
【００２４】
まず高倍率側については、第１カメラ７により撮像しながら、演算制御装置２０の指令によりＸＹテーブル１を所定距離（例えば２００μｍ）だけ移動させる。次に、この移動の前後において高倍率画像３０に生じる画面上の移動画素数をカウントないし測定する。そして、移動画素数（例えば８０ピクセル）をＸＹテーブル１の移動距離で除することにより、高倍率側の倍率ｍｌを算出する。
【００２５】
また、低倍率側についても同様に、第２カメラ５７により撮像しながら、演算制御装置２０の指令によりＸＹテーブル１を所定距離（例えば８７０μｍ）だけ移動させる。次に、この移動の前後において低倍率画像４０に生じる画面上の移動画素数をカウントないし測定する。そして、移動画素数（例えば８０ピクセル）をＸＹテーブル１の移動距離で除することにより、低倍率側の倍率ｍｓを算出する。なお、これらの倍率ｍｌ，ｍｓの算出は、第１カメラ７や第２カメラ５７の回転成分をも検出する目的から、それぞれＸ方向およびＹ方向の双方について行う。また、移動画素数のカウントないし測定は、カメラの回転成分をも検出する目的から、移動中の各ステップにおいて行ってもよい。
【００２６】
そして、算出された低倍率側の倍率ｍｓを、高倍率側の倍率ｍｌで除することにより、倍率比ｍｐを算出する。
【００２７】
次に、第１カメラ７で撮像された画像データのうち、レチクルマーク３４の内側の領域３６の画像データに、倍率比ｍｐに基づいて縮小処理を施し（Ｓ２０）、これによって、領域３６の画像データについての縮小画像３６ｓを得る。すなわち、領域３６の画像データについて倍率比ｍｐを掛けることにより、領域３６の画像データを縮小画像３６ｓに変換する。
【００２８】
次に、縮小画像３６ｓと、低倍率で撮像した低倍率画像４０とを比較し、ずれ量を算出する（Ｓ３０）。すなわち、まず、縮小画像３６ｓをテンプレート画像として、低倍率画像４０内における相関度の高い画像パターンを多値化正規化相関などにより検出し、縮小画像３６ｓに対応する画像の低倍率画像４０内での位置を認識する。次に、低倍率画像４０に、画像中心マーク３２およびレチクルマーク３４，４４を伴った縮小画像３６ｓを重ね合わせる（図４参照）。そして、重ね合わせられた縮小画像３６ｓの画像中心マーク３２と、低倍率画像４０の画像中心マーク４２とのＸ方向およびＹ方向のずれ量（ΔＸｔ，ΔＹｔ）を、画像処理装置２２により算出する。
【００２９】
最後に、算出されたずれ量（ΔＸｔ，ΔＹｔ）を、あらかじめ求められメモリ２３に記憶されている光路７ａと軸心４ａとのオフセット量（Ｘｔ１，Ｙｔ１）に加算して、光路５７ａと軸心４ａとのオフセット量（Ｘｔ２，Ｙｔ２）を数１により求め（Ｓ４０）、本ルーチンを終了する。
【数１】
Ｘｔ２＝Ｘｔ１＋ΔＸｔ
Ｙｔ２＝Ｙｔ１＋ΔＹｔ
【００３０】
このようにして得られた低倍率側である光路５７ａと軸心４ａとのオフセット量（Ｘｔ２，Ｙｔ２）は、以後のリード１２側におけるワイヤボンディングに利用される。すなわち、第２カメラ５７で半導体デバイス１０上の所定の基準点を撮像し、ＸＹテーブル１を駆動して、求められたオフセット量（Ｘｔ２，Ｙｔ２）だけボンディングヘッド２を移動させ、メモリ２３にＸＹ座標として記憶されたリード上の各ボンディング点について、ツール４でボンディングを行う。
【００３１】
なお、高倍率側である光路７ａと軸心４ａとのオフセット量（Ｘｔ１，Ｙｔ１）は、以下に示す従来どおりの方法で算出する。すなわち、メモリ２３には予め、第１カメラ７とツール４との間のオフセット量（Ｘｗ１，Ｙｗ１）が記憶されている。正確なオフセット量（Ｘｔ１，Ｙｔ１）とメモリ２３に予め記憶されたオフセット量（Ｘｗ１，Ｙｗ１）との差、すなわちオフセット較正量を（ΔＸ１，ΔＹ１）とすると、これら正確なオフセット量（Ｘｔ１，Ｙｔ１）、予め記憶されたオフセット量（Ｘｗ１，Ｙｗ１）およびオフセット較正量（ΔＸ１，ΔＹ１）は数２の関係になる。
【数２】
Ｘｔ１＝Ｘｗ１＋ΔＸ１
Ｙｔ１＝Ｙｗ１＋ΔＹ１
【００３２】
まず、図５に示すように、半導体デバイス１０またはその近傍における適宜箇所に、ツール４の先端を当接させ、圧痕４ｂを形成する。次に演算処理装置２０の指令によりＸＹテーブル制御装置２１を介してＸＹテーブル１を駆動してボンディングヘッド２を予め記憶されたオフセット量（Ｘｗ１，Ｙｗ１）だけ移動させ、そして、第１カメラ７で撮像する。そして、得られた高倍率画像３０に画像処理を施すことにより、圧痕４ｂの画像の中心点である圧痕中心４ｃと、画像中心マーク３２との距離を、オフセット較正量（ΔＸｔ１，ΔＹｔ１）として算出する。このようにして得られた高倍率側である光路７ａと軸心４ａとのオフセット量（Ｘｔ１，Ｙｔ１）は、上述のとおり、ステップＳ４０において、低倍率側である光路５７ａと軸心４ａとのオフセット量（Ｘｔ２，Ｙｔ２）の算出に用いられる。
【００３３】
以上のとおり、本実施形態では、第１カメラにより撮像された高倍率画像３０と第２カメラ５７により撮像された低倍率画像４０とに基づいて、高倍率画像３０の基準点である画像中心マーク３２と低倍率画像４０の基準点である画像中心マーク４２との間のずれ量を算出する。したがって、算出されたずれ量を用いることにより、第１カメラ７とツール４との間のオフセット量に基づいて第２カメラ５７とツール４との間のオフセット量を算出でき、これにより、ツール４を交換した場合などにも、第２カメラ５７とツール４との間のオフセット量の再測定を不要にすることができる。なお、図６のルーチンに係るずれ量の算出は、装置の組み立ての際の初期設定時や、第１カメラ７または第２カメラ５７を交換した場合など、限られた場合に行えば足りる。
【００３４】
また本実施形態では、第１カメラ７の撮像倍率である倍率ｍｌと、第２カメラ５７の撮像倍率である倍率ｍｓと、に基づいて、高倍率画像の画像中心マーク３２と低倍率画像の画像中心マーク４２との間のずれ量を算出するので、個々のカメラ７，５７の倍率を考慮した正確なずれ量の算出が可能である。
【００３５】
また本実施形態では、この個々のカメラ７，５７の倍率を考慮したずれ量の算出を行うために、第１カメラ７により撮像した高倍率画像と第２カメラ５７により撮像した低倍率画像のうち高倍率側の画像データを低倍率側の画像データにあわせて縮小処理すると共に、低倍率側の画像データと比較することとしたので、ずれ量の算出に低倍率側の画像データをそのまま利用でき好適である。
【００３６】
なお、本実施形態では、半導体デバイス１０の一部を高倍率画像３０と低倍率画像４０とを比較するための基準となるパターンとして利用したが、このパターンとしては半導体デバイス１０ではなく他の部材、たとえばリード１２を保持するリードフレームの一部や、ボンディングテーブルの一部を利用してもよい。また、高倍率画像３０と低倍率画像４０とを比較するための基準点として、画像中心マーク３２，４２を利用したが、このような基準点が高倍率画像３０と低倍率画像４０の中心にあることは必須ではなく、高倍率画像３０と低倍率画像４０の中の点であればどの点であってもよい。ただし本実施形態では、高倍率画像３０と低倍率画像４０の中心にある画像中心マーク３２，４２を利用したので、画像の中央の歪みの少ない領域を利用でき正確な測定が可能である。
【００３７】
また、本実施形態では、基準点として高倍率画像３０および低倍率画像４０におけるそれぞれ単一の点である画像中心マーク３２，４２を利用したが、本発明における基準点は複数であってもよく、基準点を複数とした場合には、第１カメラ７と第２カメラ５７との回転方向のずれ量をも容易に測定・把握できるという利点がある。
【００３８】
また、本実施形態では、画像中心マーク３２，４２およびレチクルマーク３４，４４が表示装置２５に表示される構成としたので、画像中心マーク３２，４２およびレチクルマーク３４，４４を各カメラの視野のうち基準パターンになりやすい部分に容易に合わせられる利点があるが、画像中心マーク３２，４２およびレチクルマーク３４，４４は表示装置２５に表示されなくてもよい。
【００３９】
また、本実施形態では、第１カメラ７と第２カメラ５７とで共通の鏡筒６を用いる構成としたが、本発明は、ボンディングヘッド２に固定された複数のカメラホルダに複数のカメラが個別に固定された構造のボンディング装置においても適用できる。ただし、その場合には、本発明では複数のカメラにより撮像された画像データの比較を行うため、複数のカメラが共通のパターンを撮像するか、少なくとも互いに正確に位置決めされた複数のパターンをそれぞれ撮像することが必要である。
【００４０】
また、本実施形態ではツール４をキャピラリとしたが、本発明における処理部材はウェッジなどの他のツールや、検査用の探触子など、処理対象との関係でなんらかの処理を行うものであればよい。また本実施形態では撮像器を２つとしたが、本発明における撮像器は３つ以上でもよい。また本実施形態では処理部材を単独のツール４としたが、本発明は複数の処理部材と複数の撮像器と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。
【００４１】
また、本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。また本実施形態では、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も適用できることは当業者に容易に理解できよう。
【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要部を示す斜視図である。
【図２】 実施形態の光学系及び制御系を示すブロック図である。
【図３】 高倍率画像を示す説明図である。
【図４】 低倍率画像を示す説明図である。
【図５】 第１カメラとツールとの間のオフセット量の測定行程を示す説明図である。
【図６】 制御例を示すフロー図である。
【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、６ 鏡筒、７ 第１カメラ、７ａ，５７ａ 光軸、１０ 半導体デバイス、１６ａ，１６ｂ ミラー、１６ｃ ハーフミラー、２０ 演算制御装置、２２ 画像処理装置、３０ 低倍率画像、３２，４２ 画像中心マーク、３４，４４ レチクルマーク、４０ 高倍率画像、５７ 第２カメラ。
【発明の属する技術分野】
本発明はボンディング装置および方法に係り、特にボンディング部品を撮像する撮像器に係るずれ量を正確に算出できる装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、一例としてワイヤボンディング装置について説明する。ＸＹテーブル上に搭載されたボンディングヘッドには、半導体デバイスなどのボンディング部品上のボンディング点を特定するためにボンディング部品上の基準パターンを撮像する位置検出用カメラ（以下カメラという）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、カメラがボンディング部材上の所定の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カメラの視野の妨げにならないように、カメラの光軸とツールの軸心とはＸＹ方向に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、カメラの光軸とツールの軸心との距離をカメラツールオフセット量、あるいは単にオフセット量と呼んでいる。
【０００３】
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、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、オフセット量を測定・較正する必要がある。
【０００４】
このオフセット量の測定・較正には種々の方法が提案されているが、例えば特開２０００−１００８５８号公報の開示する方法は以下のとおりである。まず、半導体デバイスまたはその近傍における適宜箇所に、ツールの先端を当接させて圧痕を形成する。次にＸＹテーブルを駆動してボンディングヘッドを予め記憶されたオフセット量だけ移動させ、カメラで圧痕を含む画像を撮像する。次に、得られた画像に画像処理を施すことにより、圧痕の中心点の位置座標を求める。そして、圧痕の中心点の位置座標と、光軸の位置座標との距離をＸＹ方向について算出し、これに上記予め記憶されたオフセット量を加算することで、オフセット量を測定する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年、複数のカメラをＸＹテーブル上に搭載し、例えば高倍率側のカメラをパッド側位置合わせ認識に使用し、また低倍率側のカメラをリード側位置合わせ認識に使用する方法が試みられている（例えば、特開昭６３−２３６３４０号公報）。この方法では、高倍率側のカメラによりパッドにおける高精度なボンディングができ、また低倍率側のカメラで多数本に亘るリードの画像を一括して処理できるので高能率化が期待できる。
【０００６】
そこで、上記従来のオフセット量の測定方法を、このように複数のカメラを搭載した装置において適用する場合には、個々のカメラとツールとの間のオフセット量を個別に測定すればよい。しかし、ツールは使用により摩耗・変形するため、一日に一度程度の頻度で交換しなければならないから、このような構成においてツールを交換した場合には、個々のカメラについてツールとの間のオフセット量を再び測定しなければならず煩雑である。
【０００７】
そこで本発明の目的は、複数のカメラを使用する場合にオフセット量の測定を簡略化できる手段を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るボンディング装置は、ボンディング部品のパッドを撮像する第１の撮像器と、前記第１の撮像器と異なる撮像倍率で前記ボンディング部品のリードを撮像する第２の撮像器と、前記第１の撮像器の画像データに基づき前記パッドに対しボンディング処理を行い、前記第２の撮像器の画像データに基づき前記リードに対しボンディング処理を行う処理部材と、を備えたボンディング装置であって、前記第１の撮像器により撮像した所定のパターンの第１の画像データと、前記第２の撮像器により撮像した前記所定のパターンの第２の画像データとに基づいて、前記第１の画像データの基準点と、前記第２の画像データの基準点との間のずれ量を算出し、これを用いて前記処理部材と前記第２の撮像器との間のオフセット量を算出する第２オフセット算出手段と、を備え、第２オフセット算出手段は、前記第１の撮像器による画像データと前記第２の撮像器による画像データのうち高倍率側の画像データを低倍率側の撮像倍率にあわせて縮小処理すると共に、前記低倍率側の画像データと比較して前記ずれ量を算出することを特徴とするボンディング装置である。
【０００９】
本発明に係るボンディング装置では、第１の撮像器により撮像された第１の画像データと第１の撮像器と異なる撮像倍率で第２の撮像器により撮像された第２の画像データとに基づいて、第１の画像の基準点と第２の画像の基準点との間のずれ量を算出する。この際に、第１の撮像器により撮像した第１の画像データと第２の撮像器により撮像した第２の画像データのうち高倍率側の画像データを低倍率側の撮像倍率にあわせて縮小処理すると共に、低倍率側の画像データと比較してずれ量を算出することとするので、ずれ量の算出に低倍率側の画像データをそのまま利用でき好適であり、個々の撮像器の倍率を考慮した正確なずれ量の算出が可能となる。そして算出されたずれ量を用いることにより、第１の撮像器とツールとの間のオフセット量に基づいて第２の撮像器とツールとの間のオフセット量を算出でき、これにより、ツールを交換した場合などにも、第２の撮像器とツールとの間のオフセット量の再測定を不要にすることができる。
【００１３】
本発明に係るボンディング方法は、ボンディング部品のパッドを撮像する第１の撮像器と、前記第１の撮像器と異なる撮像倍率で前記ボンディング部品のリードを撮像する第２の撮像器と、前記第１の撮像器の画像データに基づき前記パッドに対しボンディング処理を行い、前記第２の撮像器の画像データに基づき前記リードに対しボンディング処理を行う処理部材と、前記第１の撮像器により撮像した画像データに基づいて前記処理部材と前記第１の撮像器との間のオフセット量を算出する演算処理装置と、を備えたボンディング装置におけるボンディング方法であって、前記第１の撮像器により撮像した所定のパターンの第１の画像データと前記第２の撮像器により撮像した前記所定のパターンの第２の画像データとについて、前記第１の画像データと前記第２の画像データのうち高倍率側の画像データを低倍率側の撮像倍率にあわせて縮小処理するステップと、縮小処理した画像データを前記低倍率側の画像データと比較するステップと、前記第１の画像データの基準点と、前記第２の画像データの基準点との間のずれ量を算出するステップと、を含み、前記第１の画像データの基準点と、前記第２の画像データの基準点との間のずれ量を算出し、これを用いて前記処理部材と前記第２の撮像器との間のオフセット量を算出することを特徴とするボンディング方法である。
【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ないし図５は本発明の実施形態を示す。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が上下動可能に設けられ、ボンディングアーム３は図示しない上下駆動手段で上下方向に駆動される。ボンディングアーム３の先端部にはツール４が取り付けられ、ツール４にはワイヤ５が挿通されている。本実施形態におけるツール４はキャピラリである。
【００１７】
ボンディングヘッド２には鏡筒６が固定されており、鏡筒６には、第１カメラ７および第２カメラ５７がそれぞれ固定されている。第１カメラ７および第２カメラ５７は、いずれも電荷結合素子（ＣＣＤ）とレンズ系とを備えた光電変換式の撮像器であり、第１カメラ７は半導体デバイス１０上のパッド１１を高倍率で撮像し、第２カメラ５７は低倍率でリード１２を撮像するものである。鏡筒６の撮像軸６ａおよびツール４の軸心４ａは、いずれも垂直に下方へ向かっている。ＸＹテーブル１は、その近傍に設置された図示しない２個のパルスモータによりＸ方向およびＹ方向に正確に移動できるように構成されている。以上は周知の構造である。
【００１８】
図２において、鏡筒６は筒体からなり、ミラー１６ａ，１６ｂおよびハーフミラー１６ｃを備えている。ミラー１６ａは、図中下方から鉛直上向きに入射した光を右向きに反射する反射面を有する。ハーフミラー１６ｃは、ミラー１６ａからの反射光を、上向きの反射光と右向きに透過光とに分岐させる。ミラー１６ｂは、ハーフミラー１６ｃからの透過光を上向きに反射させる。
【００１９】
図３は第１カメラ７により撮像された高倍率画像３０を、また図４は第２カメラにより撮像された低倍率画像４０を示す。高倍率画像３０および低倍率画像４０は、各画像における視野の中心を示すものとして表示・記憶される画像中心マーク３２，４２と、この画像中心マーク３２，４２を囲む視野内の領域を示すものとして表示・記憶されるレチクルマーク３４，４４とをそれぞれ伴っている。
【００２０】
画像中心マーク３２，４２に対応する光路７ａ，５７ａ（図２参照）、およびツール４の軸心４ａは、互いにＸＹ方向にオフセットされている。光路７ａと軸心４ａとのオフセット量は（Ｘｔ１，Ｙｔ１）、光路５７ａと軸心４ａとのオフセット量は（Ｘｔ２，Ｙｔ２）である。光路７ａと光路５７ａとのずれ量は、（ΔＸｔ，ΔＹｔ）である。
【００２１】
なお、光路７ａ，５７ａは、第１カメラ７や第２カメラ５７の光軸とは必ずしも一致せず、また鏡筒６の撮像軸６ａとも、必ずしも一致しない。
【００２２】
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。第１カメラ７および第２カメラ５７の撮像により取得された画像データは、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によって後述する方法により正確なオフセット量（Ｘｔ１，Ｙｔ１）、（ΔＸｔ，ΔＹｔ）および（Ｘｔ２，Ｙｔ２）が算出される。演算制御装置２０には、入出力装置２４および表示装置２５が接続されている。表示装置２５はＣＲＴなどからなり、第１カメラ７および第２カメラ５７により撮像された低倍率画像３０、高倍率画像４０およびその他の画像が表示される。
【００２３】
次に、本実施形態における動作を説明する。図６において、まず、第１カメラ７および第２カメラ５７の倍率比をそれぞれ算出する（Ｓ１０）。この倍率比の計算は、高倍率側および低倍率側の倍率を求め、次に低倍率側の倍率を高倍率側の倍率で除することにより行う。
【００２４】
まず高倍率側については、第１カメラ７により撮像しながら、演算制御装置２０の指令によりＸＹテーブル１を所定距離（例えば２００μｍ）だけ移動させる。次に、この移動の前後において高倍率画像３０に生じる画面上の移動画素数をカウントないし測定する。そして、移動画素数（例えば８０ピクセル）をＸＹテーブル１の移動距離で除することにより、高倍率側の倍率ｍｌを算出する。
【００２５】
また、低倍率側についても同様に、第２カメラ５７により撮像しながら、演算制御装置２０の指令によりＸＹテーブル１を所定距離（例えば８７０μｍ）だけ移動させる。次に、この移動の前後において低倍率画像４０に生じる画面上の移動画素数をカウントないし測定する。そして、移動画素数（例えば８０ピクセル）をＸＹテーブル１の移動距離で除することにより、低倍率側の倍率ｍｓを算出する。なお、これらの倍率ｍｌ，ｍｓの算出は、第１カメラ７や第２カメラ５７の回転成分をも検出する目的から、それぞれＸ方向およびＹ方向の双方について行う。また、移動画素数のカウントないし測定は、カメラの回転成分をも検出する目的から、移動中の各ステップにおいて行ってもよい。
【００２６】
そして、算出された低倍率側の倍率ｍｓを、高倍率側の倍率ｍｌで除することにより、倍率比ｍｐを算出する。
【００２７】
次に、第１カメラ７で撮像された画像データのうち、レチクルマーク３４の内側の領域３６の画像データに、倍率比ｍｐに基づいて縮小処理を施し（Ｓ２０）、これによって、領域３６の画像データについての縮小画像３６ｓを得る。すなわち、領域３６の画像データについて倍率比ｍｐを掛けることにより、領域３６の画像データを縮小画像３６ｓに変換する。
【００２８】
次に、縮小画像３６ｓと、低倍率で撮像した低倍率画像４０とを比較し、ずれ量を算出する（Ｓ３０）。すなわち、まず、縮小画像３６ｓをテンプレート画像として、低倍率画像４０内における相関度の高い画像パターンを多値化正規化相関などにより検出し、縮小画像３６ｓに対応する画像の低倍率画像４０内での位置を認識する。次に、低倍率画像４０に、画像中心マーク３２およびレチクルマーク３４，４４を伴った縮小画像３６ｓを重ね合わせる（図４参照）。そして、重ね合わせられた縮小画像３６ｓの画像中心マーク３２と、低倍率画像４０の画像中心マーク４２とのＸ方向およびＹ方向のずれ量（ΔＸｔ，ΔＹｔ）を、画像処理装置２２により算出する。
【００２９】
最後に、算出されたずれ量（ΔＸｔ，ΔＹｔ）を、あらかじめ求められメモリ２３に記憶されている光路７ａと軸心４ａとのオフセット量（Ｘｔ１，Ｙｔ１）に加算して、光路５７ａと軸心４ａとのオフセット量（Ｘｔ２，Ｙｔ２）を数１により求め（Ｓ４０）、本ルーチンを終了する。
【数１】
Ｘｔ２＝Ｘｔ１＋ΔＸｔ
Ｙｔ２＝Ｙｔ１＋ΔＹｔ
【００３０】
このようにして得られた低倍率側である光路５７ａと軸心４ａとのオフセット量（Ｘｔ２，Ｙｔ２）は、以後のリード１２側におけるワイヤボンディングに利用される。すなわち、第２カメラ５７で半導体デバイス１０上の所定の基準点を撮像し、ＸＹテーブル１を駆動して、求められたオフセット量（Ｘｔ２，Ｙｔ２）だけボンディングヘッド２を移動させ、メモリ２３にＸＹ座標として記憶されたリード上の各ボンディング点について、ツール４でボンディングを行う。
【００３１】
なお、高倍率側である光路７ａと軸心４ａとのオフセット量（Ｘｔ１，Ｙｔ１）は、以下に示す従来どおりの方法で算出する。すなわち、メモリ２３には予め、第１カメラ７とツール４との間のオフセット量（Ｘｗ１，Ｙｗ１）が記憶されている。正確なオフセット量（Ｘｔ１，Ｙｔ１）とメモリ２３に予め記憶されたオフセット量（Ｘｗ１，Ｙｗ１）との差、すなわちオフセット較正量を（ΔＸ１，ΔＹ１）とすると、これら正確なオフセット量（Ｘｔ１，Ｙｔ１）、予め記憶されたオフセット量（Ｘｗ１，Ｙｗ１）およびオフセット較正量（ΔＸ１，ΔＹ１）は数２の関係になる。
【数２】
Ｘｔ１＝Ｘｗ１＋ΔＸ１
Ｙｔ１＝Ｙｗ１＋ΔＹ１
【００３２】
まず、図５に示すように、半導体デバイス１０またはその近傍における適宜箇所に、ツール４の先端を当接させ、圧痕４ｂを形成する。次に演算処理装置２０の指令によりＸＹテーブル制御装置２１を介してＸＹテーブル１を駆動してボンディングヘッド２を予め記憶されたオフセット量（Ｘｗ１，Ｙｗ１）だけ移動させ、そして、第１カメラ７で撮像する。そして、得られた高倍率画像３０に画像処理を施すことにより、圧痕４ｂの画像の中心点である圧痕中心４ｃと、画像中心マーク３２との距離を、オフセット較正量（ΔＸｔ１，ΔＹｔ１）として算出する。このようにして得られた高倍率側である光路７ａと軸心４ａとのオフセット量（Ｘｔ１，Ｙｔ１）は、上述のとおり、ステップＳ４０において、低倍率側である光路５７ａと軸心４ａとのオフセット量（Ｘｔ２，Ｙｔ２）の算出に用いられる。
【００３３】
以上のとおり、本実施形態では、第１カメラにより撮像された高倍率画像３０と第２カメラ５７により撮像された低倍率画像４０とに基づいて、高倍率画像３０の基準点である画像中心マーク３２と低倍率画像４０の基準点である画像中心マーク４２との間のずれ量を算出する。したがって、算出されたずれ量を用いることにより、第１カメラ７とツール４との間のオフセット量に基づいて第２カメラ５７とツール４との間のオフセット量を算出でき、これにより、ツール４を交換した場合などにも、第２カメラ５７とツール４との間のオフセット量の再測定を不要にすることができる。なお、図６のルーチンに係るずれ量の算出は、装置の組み立ての際の初期設定時や、第１カメラ７または第２カメラ５７を交換した場合など、限られた場合に行えば足りる。
【００３４】
また本実施形態では、第１カメラ７の撮像倍率である倍率ｍｌと、第２カメラ５７の撮像倍率である倍率ｍｓと、に基づいて、高倍率画像の画像中心マーク３２と低倍率画像の画像中心マーク４２との間のずれ量を算出するので、個々のカメラ７，５７の倍率を考慮した正確なずれ量の算出が可能である。
【００３５】
また本実施形態では、この個々のカメラ７，５７の倍率を考慮したずれ量の算出を行うために、第１カメラ７により撮像した高倍率画像と第２カメラ５７により撮像した低倍率画像のうち高倍率側の画像データを低倍率側の画像データにあわせて縮小処理すると共に、低倍率側の画像データと比較することとしたので、ずれ量の算出に低倍率側の画像データをそのまま利用でき好適である。
【００３６】
なお、本実施形態では、半導体デバイス１０の一部を高倍率画像３０と低倍率画像４０とを比較するための基準となるパターンとして利用したが、このパターンとしては半導体デバイス１０ではなく他の部材、たとえばリード１２を保持するリードフレームの一部や、ボンディングテーブルの一部を利用してもよい。また、高倍率画像３０と低倍率画像４０とを比較するための基準点として、画像中心マーク３２，４２を利用したが、このような基準点が高倍率画像３０と低倍率画像４０の中心にあることは必須ではなく、高倍率画像３０と低倍率画像４０の中の点であればどの点であってもよい。ただし本実施形態では、高倍率画像３０と低倍率画像４０の中心にある画像中心マーク３２，４２を利用したので、画像の中央の歪みの少ない領域を利用でき正確な測定が可能である。
【００３７】
また、本実施形態では、基準点として高倍率画像３０および低倍率画像４０におけるそれぞれ単一の点である画像中心マーク３２，４２を利用したが、本発明における基準点は複数であってもよく、基準点を複数とした場合には、第１カメラ７と第２カメラ５７との回転方向のずれ量をも容易に測定・把握できるという利点がある。
【００３８】
また、本実施形態では、画像中心マーク３２，４２およびレチクルマーク３４，４４が表示装置２５に表示される構成としたので、画像中心マーク３２，４２およびレチクルマーク３４，４４を各カメラの視野のうち基準パターンになりやすい部分に容易に合わせられる利点があるが、画像中心マーク３２，４２およびレチクルマーク３４，４４は表示装置２５に表示されなくてもよい。
【００３９】
また、本実施形態では、第１カメラ７と第２カメラ５７とで共通の鏡筒６を用いる構成としたが、本発明は、ボンディングヘッド２に固定された複数のカメラホルダに複数のカメラが個別に固定された構造のボンディング装置においても適用できる。ただし、その場合には、本発明では複数のカメラにより撮像された画像データの比較を行うため、複数のカメラが共通のパターンを撮像するか、少なくとも互いに正確に位置決めされた複数のパターンをそれぞれ撮像することが必要である。
【００４０】
また、本実施形態ではツール４をキャピラリとしたが、本発明における処理部材はウェッジなどの他のツールや、検査用の探触子など、処理対象との関係でなんらかの処理を行うものであればよい。また本実施形態では撮像器を２つとしたが、本発明における撮像器は３つ以上でもよい。また本実施形態では処理部材を単独のツール４としたが、本発明は複数の処理部材と複数の撮像器と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。
【００４１】
また、本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。また本実施形態では、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も適用できることは当業者に容易に理解できよう。
【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要部を示す斜視図である。
【図２】 実施形態の光学系及び制御系を示すブロック図である。
【図３】 高倍率画像を示す説明図である。
【図４】 低倍率画像を示す説明図である。
【図５】 第１カメラとツールとの間のオフセット量の測定行程を示す説明図である。
【図６】 制御例を示すフロー図である。
【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、６ 鏡筒、７ 第１カメラ、７ａ，５７ａ 光軸、１０ 半導体デバイス、１６ａ，１６ｂ ミラー、１６ｃ ハーフミラー、２０ 演算制御装置、２２ 画像処理装置、３０ 低倍率画像、３２，４２ 画像中心マーク、３４，４４ レチクルマーク、４０ 高倍率画像、５７ 第２カメラ。
Claims (2)
- ボンディング部品のパッドを撮像する第１の撮像器と、前記第１の撮像器と異なる撮像倍率で前記ボンディング部品のリードを撮像する第２の撮像器と、前記第１の撮像器の画像データに基づき前記パッドに対しボンディング処理を行い、前記第２の撮像器の画像データに基づき前記リードに対しボンディング処理を行う処理部材と、を備えたボンディング装置であって、
前記第１の撮像器により撮像された所定のパターンの画像データに基づいて前記処理部材と前記第１の撮像器との間のカメラツールオフセット量を算出する第１オフセット算出手段と、
前記第１の撮像器により撮像した第１の画像データと、前記第２の撮像器により撮像した前記所定のパターンの第２の画像データとに基づいて、前記第１の画像データの基準点と、前記第２の画像データの基準点との間のずれ量を算出し、これを用いて前記処理部材と前記第２の撮像器との間のオフセット量を算出する第２オフセット算出手段と、
を備え、
第２オフセット算出手段は、前記第１の撮像器による画像データと前記第２の撮像器による画像データのうち高倍率側の画像データを低倍率側の撮像倍率にあわせて縮小処理すると共に、前記低倍率側の画像データと比較して前記ずれ量を算出することを特徴とするボンディング装置。 - ボンディング部品のパッドを撮像する第１の撮像器と、前記第１の撮像器と異なる撮像倍率で前記ボンディング部品のリードを撮像する第２の撮像器と、前記第１の撮像器の画像データに基づき前記パッドに対しボンディング処理を行い、前記第２の撮像器の画像データに基づき前記リードに対しボンディング処理を行う処理部材と、前記第１の撮像器により撮像した画像データに基づいて前記処理部材と前記第１の撮像器との間のオフセット量を算出する演算処理装置と、を備えたボンディング装置におけるボンディング方法であって、
前記第１の撮像器により撮像した所定のパターンの第１の画像データと前記第２の撮像器により撮像した前記所定のパターンの第２の画像データとについて、前記第１の画像データと前記第２の画像データのうち高倍率側の画像データを低倍率側の撮像倍率にあわせて縮小処理するステップと、
縮小処理した画像データを前記低倍率側の画像データと比較するステップと、
前記第１の画像データの基準点と、前記第２の画像データの基準点との間のずれ量を算出するステップと、を含み、前記処理部材と前記第２の撮像器との間のオフセット量を算出することを特徴とするボンディング方法。
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