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】
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】
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】
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(ΔXt,ΔYt)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)

  1. 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。
  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、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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