JP4571763B2 - 画像処理装置、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】
本発明は画像処理方法、同装置、および同装置を含んで構成されるボンディング装置に係り、特に検出対象と基準画像とのパターンマッチングを行うことにより検出対象の位置を検出するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像処理技術においては、検出対象の画像中に含まれる既知の画像の位置を検出することによって、検出対象の位置を検出するために、既知の画像としての基準画像の一部をテンプレート画像として用いるパターンマッチングが広く用いられている。
【０００３】
このパターンマッチングを利用した位置検出方法を、例えば半導体組立装置であるワイヤボンディング装置を例として説明する。ワイヤボンディング装置では、半導体チップ上のアルミニウムなどからなるボンディングパッドと、半導体チップを囲むように形成された導体からなるリードとを結ぶように、金線などからなるワイヤをボンディングするが、このボンディング動作に先立って、ボンディングを実行する点であるボンディング点を、パターンマッチングを利用して算出する。
【０００４】
まず、図８に示すように、位置合わせ用の基準点である各アライメント点３２ａを登録する。この登録は、ＸＹテーブルの動作によりこれにボンディングヘッドおよびカメラアームを介して固定されたカメラを半導体チップに対し相対的に水平方向に移動可能とした構造、例えば図１に示すものと同様の構造のワイヤボンディング装置において、半導体チップ１４ａを撮像しているカメラ７からの画像をモニタ３９の表示画面に表示させながら、ボンディングヘッド２およびカメラアーム６を介してカメラ７を固定しているＸＹテーブル１を移動させることにより視野を移動させ、モニタ３９の表示画面に表示されている視野の中心を示すクロスマーク３２の中心点３２ａを、半導体チップ１４ａ上の任意の点に合わせて、手動入力手段３３の入力スイッチを押す等の入力動作を行い、その際の中心点３２ａを中心とする矩形のレチクルマーク４２に囲まれた領域の画像を、テンプレート画像として記憶すると共に、そのときのＸＹテーブル１上の座標を、アライメント点としてデータメモリ３６に記憶する。
【０００５】
アライメント点は、検出誤差を最小にするために、一般的には半導体チップ１４ａ上の四隅付近の対角線上から、パッド側について（Ｐａ１ｘ，Ｐａ１ｙ）、（Ｐａ２ｘ，Ｐａ２ｙ）の２カ所、リード側について（Ｌａ１ｘ，Ｌａ１ｙ）、（Ｌａ２ｘ，Ｌａ２ｙ）の２カ所を選択する。
【０００６】
次に、個々のパッドＰやリードＬにおける適宜の位置、典型的には各パッドＰやリードＬの略中央の点に、クロスマーク３２の中心点３２ａを合わせ入力スイッチを押すなどして、各ボンディング点の座標をデータメモリ３６に記憶する。
【０００７】
そしてランタイム（すなわち、製品の生産時）の処理としては、検出対象となる新たな半導体デバイス１４を配置し、ＸＹテーブル１を演算装置の制御によって移動させ、登録されているアライメント点Ａ０の近傍がカメラ７の視野となるようにし（図９）、カメラ７で半導体デバイス１４の画像をとらえ、登録されている基準画像を使って、パターンマッチング検出により、検出対象の画像と基準画像との一致量が最大となり且つ所定の閾値を越えた場合に検出良好と判定し、その相対位置で基準画像を検出対象の画像と重ね合わせ、その姿勢における中心点３２ａのＸＹテーブル１上の位置座標と、先にテンプレート画像を登録した際の中心点３２ａの位置であるアライメント点Ａ０のＸＹテーブル１上の位置座標、例えば（Ｐａ１ｘ，Ｐａ１ｙ）との間の位置ずれ量（ΔＸ，ΔＹ）を求める。
同様にして残りのアライメント点３２ａについての位置ずれを算出し、算出した位置ずれ量（ΔＸ，ΔＹ）を、先にテンプレート画像を登録した際のアライメント点の位置座標に、例えば（Ｐａ１ｘ＋ΔＸ，Ｐａ１ｙ＋ΔＹ）のように加算し、得られた値を新たなアライメント点Ａｍとする。なお、この「Ａｍ」は符号であって、ここにいう「ｍ」は範囲を持つ数値ではない。
【０００８】
次に、登録時の各パッド、リードのアライメント点Ａ０に対する相対位置を守った形で、新たなアライメント点Ａｍの位置から各パッド、リード位置を計算にて求め出して（以下、位置補正と呼ぶ）、実ボンディング点を求める。そして、この実ボンディング点に対してボンディング動作を実行する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、検出対象となる半導体デバイス１４が、回転方向の位置ずれを含んだ姿勢で配置されている場合には、検出対象の画像のうち基準画像と一致しない部分が増大するため、基準画像を使ったパターンマッチング検出において最大となる一致量が閾値を越えず、検出不能と判定される場合が多くなる。このため通常、検出対象の回転方向の位置ずれは±５°が限界とされている。
【００１０】
この検出対象の回転方向の位置ずれの限界を拡張するための方法として、基準画像を様々な角度で回転させた複数種類の回転画像を、テンプレート画像としてあらかじめ用意し、これら複数のテンプレート画像と検出対象の画像とのパターンマッチングを行う方法も種々提案されているが（例えば、特開平９−１０２０３９号公報）、回転方向に数度刻みのパターンマッチングを、視野内の多くのポイントについて実行しなければならず、演算量が膨大になるため認識スピードが遅く、実用的でない。
【００１１】
また、検出対象の回転方向の位置ずれは、検出精度を低下させてしまう。これは、本来であれば、基準となるパターン（図９におけるパッドＰ）について一致量が最大となるように検出対象の画像と基準画像とを重ねれば、基準となるパターンに対する相対位置で規定される新たなアライメント点Ａｍの位置は、同じく基準画像におけるパッドＰとの相対位置で規定される元のアライメント点Ａ０の位置と一致すべきところ、図１０に示すように、検出対象である半導体デバイス１４が回転方向の位置ずれを含んだ姿勢で配置されている場合には、基準となるパターン（図１０におけるパッドＰ）について一致量が最大となるように検出対象の画像と基準画像とを重ねても、元のアライメント点Ａ０と、新たなアライメント点Ａｍとが一致しないためである。
【００１２】
この検出対象の回転方向の位置ずれに起因する誤差は、パッドＰ間あるいはリードＬ間のピッチが十分大きければ問題にならないが、近年のファインピッチ化、すなわちパッドＰやリードＬ間のピッチの精細化に対応する上では、大きな問題となる。
【００１３】
また、通常の大きさのテンプレート画像の他に、画像の領域を狭小化した小テンプレート画像を多数用意し、通常の大きさのテンプレート画像で大まかな位置を割り出し、その後に小テンプレート画像で正確な位置を検出する方法もあるが、多数の小テンプレート画像を使ってパターンマッチングを行うため、やはり認識スピードが遅いという欠点がある。
【００１４】
他方、マスクパターンを利用して、パターンマッチングの際に検出対象の画像における不要な部分、とくに検出対象の回転によって検出精度が低下するような部分をマスクする方法も種々提案されているが（例えば特開平７−２１３７７号公報、特開平２−１４８１８０号公報）、このマスクパターンの生成は人手によって行われており、これを効率化する手段が要請される。この点、検出対象の画像における基準となるパターンのエッヂ（輪郭）部分を覆うように、一定幅のマスクパターンを自動的に生成する構成もあるが、この方法では回転方向の位置ずれを含まない場合に検出精度を低下させてしまう欠点がある。
【００１５】
そこで本発明の目的は、検出対象が回転方向の位置ずれを含んだ姿勢で配置されている場合にも、演算量が膨大となりがちな回転方向のパターンマッチングを行うことなく、高精度の位置検出を実現でき、また検出精度を低下させることなくマスクパターンの生成を能率的に実行できる手段を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像処理方法は、撮像手段を備えるボンディング装置の画像処理方法であって、あらかじめ入力されている基準画像を前記撮像手段の視野領域で回転画像との相関値が最大となる最一致点の周りに複数の所定の角度だけ回転させた各回転画像と前記基準画像との各差分の各絶対値を算出し、該絶対値を前記撮像手段の視野領域の複数の所定の座標にそれぞれマッピングして各回転角度に対応する各相違画像を生成する相違画像生成工程と、前記各所定の座標における各相違画像の絶対値の最大値を選択し、前記各所定の座標における各相違画像の各差分の各最大絶対値とした最大値画像を生成し、生成した前記最大値画像を二値化処理し、所定の閾値以上の最大絶対値の各相違画像の前記所定の座標を選択し、その各所定座標のみを含む領域をマスクパターン画像として生成するマスクパターン生成工程と、前記撮像手段によって検出対象を撮像した検出対象画像と、前記基準画像の前記マスクパターン画像に対応する領域をパターンマッチングの対象から除外するマスキング処理を行ったマスキング処理後の前記基準画像との間でパターンマッチングにより前記検出対象の位置を検出する位置検出工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明では、あらかじめ回転画像と基準画像との差分値を算出し、この差分値に基づいてマスクパターンを生成する。そしてランタイムでは、検出対象画像、基準画像およびマスクパターンを用いて、パターンマッチングにより検出対象の位置を検出する。したがって、検出対象が回転方向の位置ずれを含んだ姿勢で配置されている場合にも、その回転による影響を受けやすい部分であるマスクパターンの部分をパターンマッチングの対象から除外して、演算量が膨大となりがちな回転方向のパターンマッチングを行うことなく、高精度の位置検出を実現できる。
【００１８】
また、マスクパターンが回転画像と基準画像との差分値に基づいて生成されるので、マスクパターンの領域が検出対象の回転に起因した部分に限定され、これにより、一定幅のマスクパターンを用いる場合に比べ、検出対象が回転方向の位置ずれを含まない場合における検出精度の低下を抑制できる。
【００２８】
本発明のボンディング装置は、撮像手段と、前記撮像手段によって取得した画像を処理する画像処理部と、を備えるボンディング装置であって、前記画像処理部は、あらかじめ入力されている基準画像を前記撮像手段の視野領域で回転画像との相関値が最大となる最一致点の周りに複数の所定の角度だけ回転させた各回転画像と前記基準画像との各差分の各絶対値を算出し、該絶対値を前記撮像手段の視野領域の複数の所定の座標にそれぞれマッピングして各回転角度に対応する各相違画像を生成する相違画像生成手段と、前記各所定の座標における各相違画像の絶対値の最大値を選択し、前記各所定の座標における各相違画像の各差分の各最大絶対値とした最大値画像を生成し、生成した前記最大値画像を二値化処理し、所定の閾値以上の最大絶対値の各相違画像の前記所定の座標を選択し、その各所定座標のみを含む領域をマスクパターン画像として生成するマスクパターン生成手段と、前記撮像手段によって検出対象を撮像した検出対象画像と、前記基準画像の前記マスクパターン画像に対応する領域をパターンマッチングの対象から除外するマスキング処理を行ったマスキング処理後の前記基準画像との間でパターンマッチングにより前記検出対象の位置を検出する位置検出手段と、を含むことを特徴とする。
【００２９】
【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の概略構成を示す。図１において、ＸＹテーブル１に搭載されたボンディングヘッド２には、ボンディングアーム３が設けられ、ボンディングアーム３の先端部にはツール４が取り付けられている。ボンディングアーム３はＺ軸モータ（図示せず）により鉛直方向上下に駆動される。ボンディングアーム３の上方には、ワイヤＷを保持するクランパ５が設けられており、ワイヤＷの下端はツール４に挿通されている。本実施形態におけるツール４はキャピラリである。
【００３０】
ボンディングヘッド２にはカメラアーム６が固定されており、カメラアーム６にはカメラ７が固定されている。カメラ７は、半導体チップ１４ａ等が搭載された半導体デバイス１４を撮像するものである。ＸＹテーブル１は、その近傍に設置され２個のパルスモータ等からなるＸＹテーブル用モータ（図示せず）により、水平方向の互いに直交する座標軸方向であるＸ方向およびＹ方向に、正確に移動できるように構成されている。以上は周知の構造である。
【００３１】
ＸＹテーブル１は、マイクロプロセッサなどからなる制御部３４の指令により、モータ駆動部３０およびＸＹテーブル用モータを介して駆動される。カメラ７により撮像された画像は、変換されて電気信号である画像データとなり、画像処理部３８により処理され、制御部３４を経由して演算処理部３７に入力される。演算処理部３７では、後述する位置検出に係る演算を含む各種の演算が実行され、制御メモリ３５では、そのような演算のためのプログラムやデータが一時的に保持される。制御部３４には、手動入力手段３３およびモニタ３９が接続されている。手動入力手段３３は、少なくともＸＹ方向の方向指示機能と入力ボタンによるセット信号入力機能とを備えたマウス入力装置などのポインティングデバイス、および文字入力機能を備えた周知のキーボードが好適である。
【００３２】
モニタ３９は、ＣＲＴもしくは液晶表示装置などからなり、その表示画面には、カメラ７により撮像された画像や、関連する座標値・倍率などの数値、後述する各種の文字メッセージなどが、制御部３４の出力に基づいて表示される。位置検出工程においては、表示画面には、図４に示すように、視野の中心を示すクロスマーク３２と、このクロスマーク３２を囲む視野内の領域を示すものとして表示・記憶される矩形のレチクルマーク４２とが表示される。クロスマーク３２における縦線と横線との交点は中心点３２ａである。
【００３３】
データメモリ３６は、データ読み出し・書き込み可能な周知のメモリやハードディスク装置などから構成される。データメモリ３６の記憶領域にはデータライブラリ３６ａが格納されており、このデータライブラリ３６ａには、後述するテンプレート画像、相関値、相違画像、最大値画像などの過去の値やこれらの初期状態であるデフォルト値、および本装置の他の動作に用いられる各種の設定値が記憶されており、また制御部３４からの信号により各種の設定値が後述のとおり記憶される。
【００３４】
本実施形態では、まず新規の半導体デバイス１４についての登録の処理として、アライメント点の登録と、各ボンディング点の登録とが行われ、次に、ランタイムにおける処理として、パターンマッチングを用いた位置検出が行われる。
【００３５】
図２は、新規の半導体デバイス１４についての登録の処理を示すフロー図である。まず、制御部３４の出力によりＸＹテーブル１が駆動され、カメラ７が１ｓｔアライメント点となるべき点の近傍に移動される（Ｓ１０２）。この移動後にカメラ７によって取得される画像は図４に示すとおりである。
【００３６】
次に、移動した姿勢におけるクロスマーク３２の中心点３２ａの位置座標（Ｘｐ１，Ｙｐ１）が、制御部３４の出力によりデータメモリ３６に記憶される（Ｓ１０４）。なお、本実施形態では１ｓｔアライメント点Ａ１として、パッドＰの中心点を用いるが、視野の中心点である中心点３２ａに一致する点をアライメント点としてもよい。
【００３７】
また、この位置で半導体デバイス１４がカメラ７によって撮像され、電気信号に変換された画像データは、画像処理部３８で処理され、基準画像としてデータメモリ３６のデータライブラリ３６ａに記憶される（Ｓ１０６）。基準画像のうち、レチクルマーク４２で囲まれる領域は、後述する位置検出の工程においてテンプレート画像として用いられる。図４において実線で、また図５および図６において一点鎖線で示される正立姿勢の画像が、基準画像に相当する。なお、本実施形態では理解の容易のため、正立姿勢の半導体デバイス１４を撮像した画像を基準画像およびテンプレート画像として使用するが、本発明における基準画像やテンプレート画像における半導体デバイス１４の姿勢は任意でよい。
【００３８】
次に、演算処理部３７において、基準画像を＋Ｑ°（度）だけ回転させる処理が行われる（Ｓ１０８）。この回転は任意の点を中心点としてよく、例えば基準画像における左上隅の点（図示せず）このような回転の処理の実行の結果として得られた画像を、以下「回転画像」という。図５および図６において、実線で描かれた傾斜した姿勢の画像が、回転画像である。
【００３９】
次に、回転画像と基準画像とのパターンマッチングの処理として、回転画像における基準画像との最一致点が、正規化相関演算を利用して検索される（Ｓ１１０）。具体的には、次の数１において算出される回転画像と基準画像との相関値Ｒが、回転画像の領域内の各画素について、あるいは回転画像の領域内で離散的に設けられた各基準点について演算され、相関値Ｒが最大となる点が検索され前記最一致点として求まる。
【００４０】
【数１】
ここで、Ｒ：相関値、Ｎ：回転画像内の画素数、Ｉ：回転画像内の各位置の輝度値、Ｍ：回転画像の輝度値である。
【００４１】
次に、このようにして求められた最一致点の座標（Ｘ１，Ｙ１）について、検出対象画像とテンプレート画像との差分値（絶対値）が算出され、相違画像Ｎ１（ｘ，ｙ）として、データメモリ３６に記憶される。具体的には、検出対象画像とテンプレート画像との間で画像間減算が行われ、その結果に絶対値処理（すなわち、画像間減算の結果が負であった場合にその符号を逆転する処理）が施される。そして、差分値の絶対値を各座標にマッピングした一組の相違画像Ｎ１（ｘ，ｙ）が作成される。図５においてハッチングで示された領域が、その位置（Ｘ１，Ｙ１）についての相違画像Ｎ１（ｘ，ｙ）において値をもつことになる。
【００４２】
次に、現在の回転角が、予め定められている最大回転角Ｍの範囲内かが判定され（Ｓ１１４）、肯定の場合には、ステップＳ１０８ないしＳ１１２の処理が繰り返し実行される。このようにして、例えば回転角０，＋Ｑ，＋２Ｑの場合のそれぞれについて、相違画像Ｎｎ（ｘ，ｙ）がデータメモリ３６に記憶される。
【００４３】
現在の回転角が最大回転角Ｍに達した場合には、次に回転角が０°にリセットされ（Ｓ１１６）、ステップＳ１１８ないしＳ１２４において、基準画像を−Ｑ°ずつ回転（図６）させながら同様の処理が行われ、例えば回転角−Ｑ，−２Ｑの場合のそれぞれについて、相違画像Ｎｎ（ｘ，ｙ）がデータメモリ３６に記憶される。現在の回転角が予め定められている最大回転角−Ｍを下回った場合には、ステップＳ１２６に移行する。
【００４４】
ステップＳ１２６では、取得された全ての相違画像を、各座標についてＯＲ処理することにより、最大値画像Ａ（ｘ，ｙ）が生成される。すなわち、回転角度−２Ｑ〜＋２Ｑについて算出された相違画像Ｎｎ（ｘ，ｙ）において、各座標についての差分値の絶対値のうち最大値が選択され、その最大値を全ての座標について集めてなる新たな一組の最大値画像Ａ（ｘ，ｙ）が生成される。図７においてハッチングで示された領域が、その位置（Ｘ１，Ｙ１）についての最大値画像Ａ（ｘ，ｙ）において値をもつことになる。
【００４５】
次に、このようにして生成された最大値画像Ａ（ｘ，ｙ）について、所定の閾値を用いて二値化処理（すなわち、例えば閾値を上回る点の値を１、下回る点の値を０に変換する処理）が施され、これにより最大値画像Ａ（ｘ，ｙ）が、二値化画像Ｂ（ｘ，ｙ）に変換される（Ｓ１２８）。
【００４６】
そして、このようにして得られた二値化画像が、マスクパターン画像として採用され、データメモリ３６に記憶される（Ｓ１３０）。
【００４７】
次に、１ｓｔアライメント点Ａ１についての処理（Ｓ１０２ないしＳ１３０）と同様にして、２ｎｄアライメント点Ａ２（図示せず）について二値化画像が生成され、マスクパターン画像としてデータメモリ３６に記憶される（Ｓ１３２）。
【００４８】
次に、各ボンディング点の座標が登録される（Ｓ１３４）。この各ボンディング点の座標の登録は、１ｓｔアライメント点Ａ１・２ｎｄアライメント点Ａ２として選択されたパッドＰ以外の、個々のパッドＰやリードＬについて、それらの適宜の位置、典型的には各パッドＰやリードＬの略中央の点に視野を移動させ、クロスマーク３２の中心点３２ａを合わせて手動入力手段３３の入力スイッチを押すなどして、各ボンディング点の座標をデータメモリ３６に記憶させることによって行われる。なお、このようなマニュアル的な入力方法に代えて、各パッドＰやリードＬの略中央の点を画像処理により求め、これらの座標値をデータメモリ３６に記憶することとしてもよい。以上が、新規の半導体デバイス１４についての登録の際の処理である。
【００４９】
ランタイムの処理は、図３に示すとおりである。まず、検出対象となる新たな半導体デバイス１４を配置し、ＸＹテーブル１を制御部３４の出力によって動作させ、カメラ７の視野の中心点が１ｓｔアライメント点を登録した際の撮像点の位置（Ｘ１，Ｙ１）と一致するように、カメラ７を移動させる（Ｓ２０２）。そして、この位置から、検出対象である半導体デバイス１４をカメラ７で撮像することにより、検出対象画像が取得される。
【００５０】
次に、検出対象画像においてマスクパターン画像に対応する領域をパターンマッチングの対象から除外する除外処理として、テンプレート画像に対するマスキング処理が行われる（Ｓ２０４）。このマスキング工程は、具体的には、１ｓｔアライメント点Ａ１のテンプレート画像に対し、二値化画像において値が１をとる領域のデータを無効にすることによって行われる。
【００５１】
次に、検出対象画像と、マスキング処理が施されたテンプレート画像とのパターンマッチングの処理として、検出対象におけるテンプレート画像との最一致点が、正規化相関演算を利用して検索される（Ｓ２０６）。この演算は、上記数１と同様の正規化相関の式によって行われ、検出対象画像とテンプレート画像との相関値Ｒが、検出対象画像の領域内の各画素について、あるいは検出対象画像の領域内で離散的に設けられた各基準点について演算され、相関値Ｒが最大となる点が検索される。
【００５２】
次に、求められた最一致点、つまり検出対象画像と基準画像との一致量が最大となる相対位置で、テンプレート画像を検出対象画像と重ね合わせ、その姿勢におけるクロスマーク３２の中心点３２ａの位置座標と、先に基準画像を登録した際のクロスマーク３２の中心点の位置である撮像点の座標（Ｘ１，Ｙ１）との間の位置ずれ量を求め、データメモリ３６に記憶する（Ｓ２０８）。
【００５３】
次に、２ｎｄアライメント点Ａ２についても、ステップＳ２０２ないしＳ２０８で１ｓｔアライメント点Ａ１について行ったものと同様の処理を実行し（Ｓ２１２〜Ｓ２１６）、得られた位置ずれ量を、撮像時の半導体チップ１４ａにおけるアライメント点に対する、新たな半導体デバイス１４におけるアライメント点Ａ２の位置ずれ量として、データメモリ３６に記憶する。
【００５４】
次に、先にステップＳ１２６で登録されている各ボンディング点の座標に基づき、１ｓｔアライメント点Ａ１および２ｎｄアライメント点Ａ２に対する相対位置を守った形で、新たな半導体デバイス１４における１ｓｔアライメント点Ａ１および２ｎｄアライメント点Ａ２の位置から各パッドＰ、リードＬの位置を計算により求め出して（位置補正）、実ボンディング点を求める（Ｓ２１８）。
【００５５】
そして、この実ボンディング点に対してボンディング動作を実行する（Ｓ２２０）。具体的には、制御部３４の出力によりＸＹテーブル１を駆動してツール４を各実ボンディング点に移動してボンディングを行う。
【００５６】
以上のとおり、本実施形態では、あらかじめ回転画像と基準画像との差分値を算出し（Ｓ１１２，Ｓ１２２）、この差分値に基づいてマスクパターン画像を生成する（Ｓ１３０）。そしてランタイムでは、検出対象画像、基準画像およびマスクパターン画像を用いて、パターンマッチングにより検出対象の位置を検出する（Ｓ２０６，Ｓ２１４）。したがって、検出対象が回転方向の位置ずれを含んだ姿勢で配置されている場合にも、その回転による影響を受けやすい部分であるマスクパターン画像の部分をパターンマッチングの対象から除外することにより、演算量が膨大となりがちな回転方向のパターンマッチングを行うことなく、高精度の位置検出を実現できる。
【００５７】
また、マスクパターン画像の使用により、一致量としての相関値の低下を抑制できるので、相関値が所定の閾値を下回ることによる検出不能が生じる頻度を減少させ、検出対象の回転方向の位置ずれの限界を、従来の±５°を越えて拡張することも可能となる。
【００５８】
また本実施形態では、マスクパターン画像が回転画像と基準画像との差分値に基づいて生成されるので、マスクパターン画像の領域が検出対象の回転に起因した部分に限定され、これにより、一定幅のマスクパターンを用いる場合に比べ、検出対象が回転方向の位置ずれを含まない場合における検出精度の低下を抑制できる。
【００５９】
また本実施形態では、回転画像と基準画像との一致量が最大となる両者の相対位置において（Ｓ１１０，Ｓ１２０）、差分値の算出（Ｓ１１２，Ｓ１２２）が実行されることとしたので、検出対象の回転がパターンマッチングに与える影響を良く抽出できる。
【００６０】
また本実施形態では、ステップＳ１１２・Ｓ１２２における差分値の算出が、互いに異なる複数の回転角度について（Ｓ１０８・Ｓ１１４，Ｓ１１８・Ｓ１２４）実行されると共に、マスクパターンの生成では、前記複数の回転角度について算出された前記基準点についての差分値の絶対値のうち最大値を当該基準点についての評価値として含んだ最大値画像Ａ（ｘ，ｙ）を生成することとしたので（Ｓ１２６）、ある位置についていずれかの回転角度で差分値が大きければその位置をマスクパターンに含めることができる。したがって、複数の回転角度にわたる差分値を反映した共通のマスクパターンを生成でき、位置検出工程を単純化して作業効率を向上できる。
【００６１】
また本実施形態では、最大値画像Ａ（ｘ，ｙ）における各差分値を所定の閾値と比較し、閾値を上回った値を選択することでマスクパターン画像を生成することとしたので（Ｓ１２８）、簡易な方法によりマスクパターン画像を得ることができる。
【００６２】
また本実施形態では、テンプレート画像に対するマスキング処理を行うことにより（Ｓ２０４，Ｓ２１２）、検出対象画像においてマスクパターン画像に対応する領域をパターンマッチングの対象から除外することとしたので、マスクパターンを利用した演算を簡潔に実行できる。
【００６３】
なお、本実施形態では、マスクパターン画像に対応する領域を、パターンマッチングの対象から除外することとしたが、このような構成に代えて、一致量（本実施形態における相関値に相当）の算出にあたり、マスクパターン画像に対応する領域を、差分値の大きさや最大値の大きさに応じて低く重み付けする構成としてもよい。これは例えば、マスクパターン画像に対応する画素について、パターンマッチング時の相関値から差分値（絶対値）に応じた値を減じたり、相関値を差分値（絶対値）に応じた値で割るなどにより、相関値を多段階的あるいは無段階的に、小さく重みづけすることで実行できる。
【００６４】
また本実施形態では、回転画像と基準画像との一致量が最大となる両者の相対位置において（Ｓ１１０，Ｓ１２０）、差分値の算出（Ｓ１１２，Ｓ１２２）が実行される構成としたが、このような構成に代えて、回転画像と基準画像との一致量が最大となる両者の相対位置からの所定範囲内の相対位置関係において、差分値の算出が実行される構成としてもよく、本発明による効果を相当程度に得ることができる。
【００６５】
また本実施形態では、複数の回転角度について算出された差分値の絶対値のうち最大値を、当該基準点（位置座標）についての評価値として含んだ最大値画像Ａ（ｘ，ｙ）を生成することとしたが（Ｓ１２６）、このような構成に代えて、差分値の絶対値の最大値から所定範囲内にある値を採用して、これによりマスクパターン画像を生成することとしてもよく、本発明による効果を相当程度に得ることができる。
【００６６】
なお、上記実施形態では、基準画像と回転画像との一致量、あるいは基準画像と入力された画像との一致量を評価する指標として、相関値を用いたが、このような構成は例示にすぎず、本発明における一致量としては、一致する度合いを評価するための他の種々の公知の方法を採用でき、例えば残差を用いる方法でもよい。また、２値画像同士の一致量を評価する場合には、値の一致するピクセルを１、一致しないピクセルを０とカウントする方法によるカウント値を、一致量として用いることができる。
【００６７】
また、上記各実施形態では、パッドＰを利用してアライメント点を算出することとしたが、アライメント点がパッドＰを利用して定められることは必須でなく、半導体デバイス１４に現れる検出可能なユニークな形状であれば他のパターン、とくに半導体チップ１４ａの一部の形状や、複数のパターンのユニークな配列、もしくはそれらの組み合わせを利用することも可能である。また、上記各実施形態では、主としてパッドＰにおけるボンディング点を算出する工程について説明したが、同様の工程をリードＬやその他の部材におけるボンディング点の算出において実行することも、勿論可能である。また、上記各実施形態ではアライメント点の個数を２個としたが、３個以上のアライメント点を用いる構成の装置に本発明を適用することも可能である。
【００６８】
また、上記各実施形態では本発明をワイヤボンディング装置に適用した例について説明したが、本発明は他の種類の半導体製造装置や、パターンマッチングを用いた他の装置における位置検出について広く適用でき、かかる構成も本発明の範疇に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るボンディング装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】新規半導体デバイスの登録処理の一例を示すフロー図である。
【図３】ランタイムの処理の一例を示すフロー図である。
【図４】基準画像を示す説明図である。
【図５】回転画像（正方向）に対するパターンマッチングの工程を示す説明図である。
【図６】回転画像（逆方向）に対するパターンマッチングの工程を示す説明図である。
【図７】最大値画像を示す要部拡大図である。
【図８】従来におけるアライメント点の設定工程を示す説明図である。
【図９】従来における検出対象画像と基準画像とのパターンマッチングの工程を示す説明図である。
【図１０】従来の方法における位置検出誤差の発生原因を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ＸＹテーブル
２ ボンディングヘッド
４ ツール
５ クランパ
７ カメラ
１４ 半導体デバイス
１４ａ 半導体チップ
３２ クロスマーク
３２ａ 中心点
３３ 手動入力手段
３４ 制御部
３６ データメモリ
３６ａ データライブラリ
３７ 演算処理部
３８ 画像処理部
３９ モニタ
４２ レチクルマーク
Ａ（ｘ，ｙ） 最大値画像
Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａｍ アライメント点
Ｌ パッド
Ｐ パッド
Ｗ ワイヤ
【発明の属する技術分野】
本発明は画像処理方法、同装置、および同装置を含んで構成されるボンディング装置に係り、特に検出対象と基準画像とのパターンマッチングを行うことにより検出対象の位置を検出するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像処理技術においては、検出対象の画像中に含まれる既知の画像の位置を検出することによって、検出対象の位置を検出するために、既知の画像としての基準画像の一部をテンプレート画像として用いるパターンマッチングが広く用いられている。
【０００３】
このパターンマッチングを利用した位置検出方法を、例えば半導体組立装置であるワイヤボンディング装置を例として説明する。ワイヤボンディング装置では、半導体チップ上のアルミニウムなどからなるボンディングパッドと、半導体チップを囲むように形成された導体からなるリードとを結ぶように、金線などからなるワイヤをボンディングするが、このボンディング動作に先立って、ボンディングを実行する点であるボンディング点を、パターンマッチングを利用して算出する。
【０００４】
まず、図８に示すように、位置合わせ用の基準点である各アライメント点３２ａを登録する。この登録は、ＸＹテーブルの動作によりこれにボンディングヘッドおよびカメラアームを介して固定されたカメラを半導体チップに対し相対的に水平方向に移動可能とした構造、例えば図１に示すものと同様の構造のワイヤボンディング装置において、半導体チップ１４ａを撮像しているカメラ７からの画像をモニタ３９の表示画面に表示させながら、ボンディングヘッド２およびカメラアーム６を介してカメラ７を固定しているＸＹテーブル１を移動させることにより視野を移動させ、モニタ３９の表示画面に表示されている視野の中心を示すクロスマーク３２の中心点３２ａを、半導体チップ１４ａ上の任意の点に合わせて、手動入力手段３３の入力スイッチを押す等の入力動作を行い、その際の中心点３２ａを中心とする矩形のレチクルマーク４２に囲まれた領域の画像を、テンプレート画像として記憶すると共に、そのときのＸＹテーブル１上の座標を、アライメント点としてデータメモリ３６に記憶する。
【０００５】
アライメント点は、検出誤差を最小にするために、一般的には半導体チップ１４ａ上の四隅付近の対角線上から、パッド側について（Ｐａ１ｘ，Ｐａ１ｙ）、（Ｐａ２ｘ，Ｐａ２ｙ）の２カ所、リード側について（Ｌａ１ｘ，Ｌａ１ｙ）、（Ｌａ２ｘ，Ｌａ２ｙ）の２カ所を選択する。
【０００６】
次に、個々のパッドＰやリードＬにおける適宜の位置、典型的には各パッドＰやリードＬの略中央の点に、クロスマーク３２の中心点３２ａを合わせ入力スイッチを押すなどして、各ボンディング点の座標をデータメモリ３６に記憶する。
【０００７】
そしてランタイム（すなわち、製品の生産時）の処理としては、検出対象となる新たな半導体デバイス１４を配置し、ＸＹテーブル１を演算装置の制御によって移動させ、登録されているアライメント点Ａ０の近傍がカメラ７の視野となるようにし（図９）、カメラ７で半導体デバイス１４の画像をとらえ、登録されている基準画像を使って、パターンマッチング検出により、検出対象の画像と基準画像との一致量が最大となり且つ所定の閾値を越えた場合に検出良好と判定し、その相対位置で基準画像を検出対象の画像と重ね合わせ、その姿勢における中心点３２ａのＸＹテーブル１上の位置座標と、先にテンプレート画像を登録した際の中心点３２ａの位置であるアライメント点Ａ０のＸＹテーブル１上の位置座標、例えば（Ｐａ１ｘ，Ｐａ１ｙ）との間の位置ずれ量（ΔＸ，ΔＹ）を求める。
同様にして残りのアライメント点３２ａについての位置ずれを算出し、算出した位置ずれ量（ΔＸ，ΔＹ）を、先にテンプレート画像を登録した際のアライメント点の位置座標に、例えば（Ｐａ１ｘ＋ΔＸ，Ｐａ１ｙ＋ΔＹ）のように加算し、得られた値を新たなアライメント点Ａｍとする。なお、この「Ａｍ」は符号であって、ここにいう「ｍ」は範囲を持つ数値ではない。
【０００８】
次に、登録時の各パッド、リードのアライメント点Ａ０に対する相対位置を守った形で、新たなアライメント点Ａｍの位置から各パッド、リード位置を計算にて求め出して（以下、位置補正と呼ぶ）、実ボンディング点を求める。そして、この実ボンディング点に対してボンディング動作を実行する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、検出対象となる半導体デバイス１４が、回転方向の位置ずれを含んだ姿勢で配置されている場合には、検出対象の画像のうち基準画像と一致しない部分が増大するため、基準画像を使ったパターンマッチング検出において最大となる一致量が閾値を越えず、検出不能と判定される場合が多くなる。このため通常、検出対象の回転方向の位置ずれは±５°が限界とされている。
【００１０】
この検出対象の回転方向の位置ずれの限界を拡張するための方法として、基準画像を様々な角度で回転させた複数種類の回転画像を、テンプレート画像としてあらかじめ用意し、これら複数のテンプレート画像と検出対象の画像とのパターンマッチングを行う方法も種々提案されているが（例えば、特開平９−１０２０３９号公報）、回転方向に数度刻みのパターンマッチングを、視野内の多くのポイントについて実行しなければならず、演算量が膨大になるため認識スピードが遅く、実用的でない。
【００１１】
また、検出対象の回転方向の位置ずれは、検出精度を低下させてしまう。これは、本来であれば、基準となるパターン（図９におけるパッドＰ）について一致量が最大となるように検出対象の画像と基準画像とを重ねれば、基準となるパターンに対する相対位置で規定される新たなアライメント点Ａｍの位置は、同じく基準画像におけるパッドＰとの相対位置で規定される元のアライメント点Ａ０の位置と一致すべきところ、図１０に示すように、検出対象である半導体デバイス１４が回転方向の位置ずれを含んだ姿勢で配置されている場合には、基準となるパターン（図１０におけるパッドＰ）について一致量が最大となるように検出対象の画像と基準画像とを重ねても、元のアライメント点Ａ０と、新たなアライメント点Ａｍとが一致しないためである。
【００１２】
この検出対象の回転方向の位置ずれに起因する誤差は、パッドＰ間あるいはリードＬ間のピッチが十分大きければ問題にならないが、近年のファインピッチ化、すなわちパッドＰやリードＬ間のピッチの精細化に対応する上では、大きな問題となる。
【００１３】
また、通常の大きさのテンプレート画像の他に、画像の領域を狭小化した小テンプレート画像を多数用意し、通常の大きさのテンプレート画像で大まかな位置を割り出し、その後に小テンプレート画像で正確な位置を検出する方法もあるが、多数の小テンプレート画像を使ってパターンマッチングを行うため、やはり認識スピードが遅いという欠点がある。
【００１４】
他方、マスクパターンを利用して、パターンマッチングの際に検出対象の画像における不要な部分、とくに検出対象の回転によって検出精度が低下するような部分をマスクする方法も種々提案されているが（例えば特開平７−２１３７７号公報、特開平２−１４８１８０号公報）、このマスクパターンの生成は人手によって行われており、これを効率化する手段が要請される。この点、検出対象の画像における基準となるパターンのエッヂ（輪郭）部分を覆うように、一定幅のマスクパターンを自動的に生成する構成もあるが、この方法では回転方向の位置ずれを含まない場合に検出精度を低下させてしまう欠点がある。
【００１５】
そこで本発明の目的は、検出対象が回転方向の位置ずれを含んだ姿勢で配置されている場合にも、演算量が膨大となりがちな回転方向のパターンマッチングを行うことなく、高精度の位置検出を実現でき、また検出精度を低下させることなくマスクパターンの生成を能率的に実行できる手段を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像処理方法は、撮像手段を備えるボンディング装置の画像処理方法であって、あらかじめ入力されている基準画像を前記撮像手段の視野領域で回転画像との相関値が最大となる最一致点の周りに複数の所定の角度だけ回転させた各回転画像と前記基準画像との各差分の各絶対値を算出し、該絶対値を前記撮像手段の視野領域の複数の所定の座標にそれぞれマッピングして各回転角度に対応する各相違画像を生成する相違画像生成工程と、前記各所定の座標における各相違画像の絶対値の最大値を選択し、前記各所定の座標における各相違画像の各差分の各最大絶対値とした最大値画像を生成し、生成した前記最大値画像を二値化処理し、所定の閾値以上の最大絶対値の各相違画像の前記所定の座標を選択し、その各所定座標のみを含む領域をマスクパターン画像として生成するマスクパターン生成工程と、前記撮像手段によって検出対象を撮像した検出対象画像と、前記基準画像の前記マスクパターン画像に対応する領域をパターンマッチングの対象から除外するマスキング処理を行ったマスキング処理後の前記基準画像との間でパターンマッチングにより前記検出対象の位置を検出する位置検出工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明では、あらかじめ回転画像と基準画像との差分値を算出し、この差分値に基づいてマスクパターンを生成する。そしてランタイムでは、検出対象画像、基準画像およびマスクパターンを用いて、パターンマッチングにより検出対象の位置を検出する。したがって、検出対象が回転方向の位置ずれを含んだ姿勢で配置されている場合にも、その回転による影響を受けやすい部分であるマスクパターンの部分をパターンマッチングの対象から除外して、演算量が膨大となりがちな回転方向のパターンマッチングを行うことなく、高精度の位置検出を実現できる。
【００１８】
また、マスクパターンが回転画像と基準画像との差分値に基づいて生成されるので、マスクパターンの領域が検出対象の回転に起因した部分に限定され、これにより、一定幅のマスクパターンを用いる場合に比べ、検出対象が回転方向の位置ずれを含まない場合における検出精度の低下を抑制できる。
【００２８】
本発明のボンディング装置は、撮像手段と、前記撮像手段によって取得した画像を処理する画像処理部と、を備えるボンディング装置であって、前記画像処理部は、あらかじめ入力されている基準画像を前記撮像手段の視野領域で回転画像との相関値が最大となる最一致点の周りに複数の所定の角度だけ回転させた各回転画像と前記基準画像との各差分の各絶対値を算出し、該絶対値を前記撮像手段の視野領域の複数の所定の座標にそれぞれマッピングして各回転角度に対応する各相違画像を生成する相違画像生成手段と、前記各所定の座標における各相違画像の絶対値の最大値を選択し、前記各所定の座標における各相違画像の各差分の各最大絶対値とした最大値画像を生成し、生成した前記最大値画像を二値化処理し、所定の閾値以上の最大絶対値の各相違画像の前記所定の座標を選択し、その各所定座標のみを含む領域をマスクパターン画像として生成するマスクパターン生成手段と、前記撮像手段によって検出対象を撮像した検出対象画像と、前記基準画像の前記マスクパターン画像に対応する領域をパターンマッチングの対象から除外するマスキング処理を行ったマスキング処理後の前記基準画像との間でパターンマッチングにより前記検出対象の位置を検出する位置検出手段と、を含むことを特徴とする。
【００２９】
【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の概略構成を示す。図１において、ＸＹテーブル１に搭載されたボンディングヘッド２には、ボンディングアーム３が設けられ、ボンディングアーム３の先端部にはツール４が取り付けられている。ボンディングアーム３はＺ軸モータ（図示せず）により鉛直方向上下に駆動される。ボンディングアーム３の上方には、ワイヤＷを保持するクランパ５が設けられており、ワイヤＷの下端はツール４に挿通されている。本実施形態におけるツール４はキャピラリである。
【００３０】
ボンディングヘッド２にはカメラアーム６が固定されており、カメラアーム６にはカメラ７が固定されている。カメラ７は、半導体チップ１４ａ等が搭載された半導体デバイス１４を撮像するものである。ＸＹテーブル１は、その近傍に設置され２個のパルスモータ等からなるＸＹテーブル用モータ（図示せず）により、水平方向の互いに直交する座標軸方向であるＸ方向およびＹ方向に、正確に移動できるように構成されている。以上は周知の構造である。
【００３１】
ＸＹテーブル１は、マイクロプロセッサなどからなる制御部３４の指令により、モータ駆動部３０およびＸＹテーブル用モータを介して駆動される。カメラ７により撮像された画像は、変換されて電気信号である画像データとなり、画像処理部３８により処理され、制御部３４を経由して演算処理部３７に入力される。演算処理部３７では、後述する位置検出に係る演算を含む各種の演算が実行され、制御メモリ３５では、そのような演算のためのプログラムやデータが一時的に保持される。制御部３４には、手動入力手段３３およびモニタ３９が接続されている。手動入力手段３３は、少なくともＸＹ方向の方向指示機能と入力ボタンによるセット信号入力機能とを備えたマウス入力装置などのポインティングデバイス、および文字入力機能を備えた周知のキーボードが好適である。
【００３２】
モニタ３９は、ＣＲＴもしくは液晶表示装置などからなり、その表示画面には、カメラ７により撮像された画像や、関連する座標値・倍率などの数値、後述する各種の文字メッセージなどが、制御部３４の出力に基づいて表示される。位置検出工程においては、表示画面には、図４に示すように、視野の中心を示すクロスマーク３２と、このクロスマーク３２を囲む視野内の領域を示すものとして表示・記憶される矩形のレチクルマーク４２とが表示される。クロスマーク３２における縦線と横線との交点は中心点３２ａである。
【００３３】
データメモリ３６は、データ読み出し・書き込み可能な周知のメモリやハードディスク装置などから構成される。データメモリ３６の記憶領域にはデータライブラリ３６ａが格納されており、このデータライブラリ３６ａには、後述するテンプレート画像、相関値、相違画像、最大値画像などの過去の値やこれらの初期状態であるデフォルト値、および本装置の他の動作に用いられる各種の設定値が記憶されており、また制御部３４からの信号により各種の設定値が後述のとおり記憶される。
【００３４】
本実施形態では、まず新規の半導体デバイス１４についての登録の処理として、アライメント点の登録と、各ボンディング点の登録とが行われ、次に、ランタイムにおける処理として、パターンマッチングを用いた位置検出が行われる。
【００３５】
図２は、新規の半導体デバイス１４についての登録の処理を示すフロー図である。まず、制御部３４の出力によりＸＹテーブル１が駆動され、カメラ７が１ｓｔアライメント点となるべき点の近傍に移動される（Ｓ１０２）。この移動後にカメラ７によって取得される画像は図４に示すとおりである。
【００３６】
次に、移動した姿勢におけるクロスマーク３２の中心点３２ａの位置座標（Ｘｐ１，Ｙｐ１）が、制御部３４の出力によりデータメモリ３６に記憶される（Ｓ１０４）。なお、本実施形態では１ｓｔアライメント点Ａ１として、パッドＰの中心点を用いるが、視野の中心点である中心点３２ａに一致する点をアライメント点としてもよい。
【００３７】
また、この位置で半導体デバイス１４がカメラ７によって撮像され、電気信号に変換された画像データは、画像処理部３８で処理され、基準画像としてデータメモリ３６のデータライブラリ３６ａに記憶される（Ｓ１０６）。基準画像のうち、レチクルマーク４２で囲まれる領域は、後述する位置検出の工程においてテンプレート画像として用いられる。図４において実線で、また図５および図６において一点鎖線で示される正立姿勢の画像が、基準画像に相当する。なお、本実施形態では理解の容易のため、正立姿勢の半導体デバイス１４を撮像した画像を基準画像およびテンプレート画像として使用するが、本発明における基準画像やテンプレート画像における半導体デバイス１４の姿勢は任意でよい。
【００３８】
次に、演算処理部３７において、基準画像を＋Ｑ°（度）だけ回転させる処理が行われる（Ｓ１０８）。この回転は任意の点を中心点としてよく、例えば基準画像における左上隅の点（図示せず）このような回転の処理の実行の結果として得られた画像を、以下「回転画像」という。図５および図６において、実線で描かれた傾斜した姿勢の画像が、回転画像である。
【００３９】
次に、回転画像と基準画像とのパターンマッチングの処理として、回転画像における基準画像との最一致点が、正規化相関演算を利用して検索される（Ｓ１１０）。具体的には、次の数１において算出される回転画像と基準画像との相関値Ｒが、回転画像の領域内の各画素について、あるいは回転画像の領域内で離散的に設けられた各基準点について演算され、相関値Ｒが最大となる点が検索され前記最一致点として求まる。
【００４０】
【数１】
【００４１】
次に、このようにして求められた最一致点の座標（Ｘ１，Ｙ１）について、検出対象画像とテンプレート画像との差分値（絶対値）が算出され、相違画像Ｎ１（ｘ，ｙ）として、データメモリ３６に記憶される。具体的には、検出対象画像とテンプレート画像との間で画像間減算が行われ、その結果に絶対値処理（すなわち、画像間減算の結果が負であった場合にその符号を逆転する処理）が施される。そして、差分値の絶対値を各座標にマッピングした一組の相違画像Ｎ１（ｘ，ｙ）が作成される。図５においてハッチングで示された領域が、その位置（Ｘ１，Ｙ１）についての相違画像Ｎ１（ｘ，ｙ）において値をもつことになる。
【００４２】
次に、現在の回転角が、予め定められている最大回転角Ｍの範囲内かが判定され（Ｓ１１４）、肯定の場合には、ステップＳ１０８ないしＳ１１２の処理が繰り返し実行される。このようにして、例えば回転角０，＋Ｑ，＋２Ｑの場合のそれぞれについて、相違画像Ｎｎ（ｘ，ｙ）がデータメモリ３６に記憶される。
【００４３】
現在の回転角が最大回転角Ｍに達した場合には、次に回転角が０°にリセットされ（Ｓ１１６）、ステップＳ１１８ないしＳ１２４において、基準画像を−Ｑ°ずつ回転（図６）させながら同様の処理が行われ、例えば回転角−Ｑ，−２Ｑの場合のそれぞれについて、相違画像Ｎｎ（ｘ，ｙ）がデータメモリ３６に記憶される。現在の回転角が予め定められている最大回転角−Ｍを下回った場合には、ステップＳ１２６に移行する。
【００４４】
ステップＳ１２６では、取得された全ての相違画像を、各座標についてＯＲ処理することにより、最大値画像Ａ（ｘ，ｙ）が生成される。すなわち、回転角度−２Ｑ〜＋２Ｑについて算出された相違画像Ｎｎ（ｘ，ｙ）において、各座標についての差分値の絶対値のうち最大値が選択され、その最大値を全ての座標について集めてなる新たな一組の最大値画像Ａ（ｘ，ｙ）が生成される。図７においてハッチングで示された領域が、その位置（Ｘ１，Ｙ１）についての最大値画像Ａ（ｘ，ｙ）において値をもつことになる。
【００４５】
次に、このようにして生成された最大値画像Ａ（ｘ，ｙ）について、所定の閾値を用いて二値化処理（すなわち、例えば閾値を上回る点の値を１、下回る点の値を０に変換する処理）が施され、これにより最大値画像Ａ（ｘ，ｙ）が、二値化画像Ｂ（ｘ，ｙ）に変換される（Ｓ１２８）。
【００４６】
そして、このようにして得られた二値化画像が、マスクパターン画像として採用され、データメモリ３６に記憶される（Ｓ１３０）。
【００４７】
次に、１ｓｔアライメント点Ａ１についての処理（Ｓ１０２ないしＳ１３０）と同様にして、２ｎｄアライメント点Ａ２（図示せず）について二値化画像が生成され、マスクパターン画像としてデータメモリ３６に記憶される（Ｓ１３２）。
【００４８】
次に、各ボンディング点の座標が登録される（Ｓ１３４）。この各ボンディング点の座標の登録は、１ｓｔアライメント点Ａ１・２ｎｄアライメント点Ａ２として選択されたパッドＰ以外の、個々のパッドＰやリードＬについて、それらの適宜の位置、典型的には各パッドＰやリードＬの略中央の点に視野を移動させ、クロスマーク３２の中心点３２ａを合わせて手動入力手段３３の入力スイッチを押すなどして、各ボンディング点の座標をデータメモリ３６に記憶させることによって行われる。なお、このようなマニュアル的な入力方法に代えて、各パッドＰやリードＬの略中央の点を画像処理により求め、これらの座標値をデータメモリ３６に記憶することとしてもよい。以上が、新規の半導体デバイス１４についての登録の際の処理である。
【００４９】
ランタイムの処理は、図３に示すとおりである。まず、検出対象となる新たな半導体デバイス１４を配置し、ＸＹテーブル１を制御部３４の出力によって動作させ、カメラ７の視野の中心点が１ｓｔアライメント点を登録した際の撮像点の位置（Ｘ１，Ｙ１）と一致するように、カメラ７を移動させる（Ｓ２０２）。そして、この位置から、検出対象である半導体デバイス１４をカメラ７で撮像することにより、検出対象画像が取得される。
【００５０】
次に、検出対象画像においてマスクパターン画像に対応する領域をパターンマッチングの対象から除外する除外処理として、テンプレート画像に対するマスキング処理が行われる（Ｓ２０４）。このマスキング工程は、具体的には、１ｓｔアライメント点Ａ１のテンプレート画像に対し、二値化画像において値が１をとる領域のデータを無効にすることによって行われる。
【００５１】
次に、検出対象画像と、マスキング処理が施されたテンプレート画像とのパターンマッチングの処理として、検出対象におけるテンプレート画像との最一致点が、正規化相関演算を利用して検索される（Ｓ２０６）。この演算は、上記数１と同様の正規化相関の式によって行われ、検出対象画像とテンプレート画像との相関値Ｒが、検出対象画像の領域内の各画素について、あるいは検出対象画像の領域内で離散的に設けられた各基準点について演算され、相関値Ｒが最大となる点が検索される。
【００５２】
次に、求められた最一致点、つまり検出対象画像と基準画像との一致量が最大となる相対位置で、テンプレート画像を検出対象画像と重ね合わせ、その姿勢におけるクロスマーク３２の中心点３２ａの位置座標と、先に基準画像を登録した際のクロスマーク３２の中心点の位置である撮像点の座標（Ｘ１，Ｙ１）との間の位置ずれ量を求め、データメモリ３６に記憶する（Ｓ２０８）。
【００５３】
次に、２ｎｄアライメント点Ａ２についても、ステップＳ２０２ないしＳ２０８で１ｓｔアライメント点Ａ１について行ったものと同様の処理を実行し（Ｓ２１２〜Ｓ２１６）、得られた位置ずれ量を、撮像時の半導体チップ１４ａにおけるアライメント点に対する、新たな半導体デバイス１４におけるアライメント点Ａ２の位置ずれ量として、データメモリ３６に記憶する。
【００５４】
次に、先にステップＳ１２６で登録されている各ボンディング点の座標に基づき、１ｓｔアライメント点Ａ１および２ｎｄアライメント点Ａ２に対する相対位置を守った形で、新たな半導体デバイス１４における１ｓｔアライメント点Ａ１および２ｎｄアライメント点Ａ２の位置から各パッドＰ、リードＬの位置を計算により求め出して（位置補正）、実ボンディング点を求める（Ｓ２１８）。
【００５５】
そして、この実ボンディング点に対してボンディング動作を実行する（Ｓ２２０）。具体的には、制御部３４の出力によりＸＹテーブル１を駆動してツール４を各実ボンディング点に移動してボンディングを行う。
【００５６】
以上のとおり、本実施形態では、あらかじめ回転画像と基準画像との差分値を算出し（Ｓ１１２，Ｓ１２２）、この差分値に基づいてマスクパターン画像を生成する（Ｓ１３０）。そしてランタイムでは、検出対象画像、基準画像およびマスクパターン画像を用いて、パターンマッチングにより検出対象の位置を検出する（Ｓ２０６，Ｓ２１４）。したがって、検出対象が回転方向の位置ずれを含んだ姿勢で配置されている場合にも、その回転による影響を受けやすい部分であるマスクパターン画像の部分をパターンマッチングの対象から除外することにより、演算量が膨大となりがちな回転方向のパターンマッチングを行うことなく、高精度の位置検出を実現できる。
【００５７】
また、マスクパターン画像の使用により、一致量としての相関値の低下を抑制できるので、相関値が所定の閾値を下回ることによる検出不能が生じる頻度を減少させ、検出対象の回転方向の位置ずれの限界を、従来の±５°を越えて拡張することも可能となる。
【００５８】
また本実施形態では、マスクパターン画像が回転画像と基準画像との差分値に基づいて生成されるので、マスクパターン画像の領域が検出対象の回転に起因した部分に限定され、これにより、一定幅のマスクパターンを用いる場合に比べ、検出対象が回転方向の位置ずれを含まない場合における検出精度の低下を抑制できる。
【００５９】
また本実施形態では、回転画像と基準画像との一致量が最大となる両者の相対位置において（Ｓ１１０，Ｓ１２０）、差分値の算出（Ｓ１１２，Ｓ１２２）が実行されることとしたので、検出対象の回転がパターンマッチングに与える影響を良く抽出できる。
【００６０】
また本実施形態では、ステップＳ１１２・Ｓ１２２における差分値の算出が、互いに異なる複数の回転角度について（Ｓ１０８・Ｓ１１４，Ｓ１１８・Ｓ１２４）実行されると共に、マスクパターンの生成では、前記複数の回転角度について算出された前記基準点についての差分値の絶対値のうち最大値を当該基準点についての評価値として含んだ最大値画像Ａ（ｘ，ｙ）を生成することとしたので（Ｓ１２６）、ある位置についていずれかの回転角度で差分値が大きければその位置をマスクパターンに含めることができる。したがって、複数の回転角度にわたる差分値を反映した共通のマスクパターンを生成でき、位置検出工程を単純化して作業効率を向上できる。
【００６１】
また本実施形態では、最大値画像Ａ（ｘ，ｙ）における各差分値を所定の閾値と比較し、閾値を上回った値を選択することでマスクパターン画像を生成することとしたので（Ｓ１２８）、簡易な方法によりマスクパターン画像を得ることができる。
【００６２】
また本実施形態では、テンプレート画像に対するマスキング処理を行うことにより（Ｓ２０４，Ｓ２１２）、検出対象画像においてマスクパターン画像に対応する領域をパターンマッチングの対象から除外することとしたので、マスクパターンを利用した演算を簡潔に実行できる。
【００６３】
なお、本実施形態では、マスクパターン画像に対応する領域を、パターンマッチングの対象から除外することとしたが、このような構成に代えて、一致量（本実施形態における相関値に相当）の算出にあたり、マスクパターン画像に対応する領域を、差分値の大きさや最大値の大きさに応じて低く重み付けする構成としてもよい。これは例えば、マスクパターン画像に対応する画素について、パターンマッチング時の相関値から差分値（絶対値）に応じた値を減じたり、相関値を差分値（絶対値）に応じた値で割るなどにより、相関値を多段階的あるいは無段階的に、小さく重みづけすることで実行できる。
【００６４】
また本実施形態では、回転画像と基準画像との一致量が最大となる両者の相対位置において（Ｓ１１０，Ｓ１２０）、差分値の算出（Ｓ１１２，Ｓ１２２）が実行される構成としたが、このような構成に代えて、回転画像と基準画像との一致量が最大となる両者の相対位置からの所定範囲内の相対位置関係において、差分値の算出が実行される構成としてもよく、本発明による効果を相当程度に得ることができる。
【００６５】
また本実施形態では、複数の回転角度について算出された差分値の絶対値のうち最大値を、当該基準点（位置座標）についての評価値として含んだ最大値画像Ａ（ｘ，ｙ）を生成することとしたが（Ｓ１２６）、このような構成に代えて、差分値の絶対値の最大値から所定範囲内にある値を採用して、これによりマスクパターン画像を生成することとしてもよく、本発明による効果を相当程度に得ることができる。
【００６６】
なお、上記実施形態では、基準画像と回転画像との一致量、あるいは基準画像と入力された画像との一致量を評価する指標として、相関値を用いたが、このような構成は例示にすぎず、本発明における一致量としては、一致する度合いを評価するための他の種々の公知の方法を採用でき、例えば残差を用いる方法でもよい。また、２値画像同士の一致量を評価する場合には、値の一致するピクセルを１、一致しないピクセルを０とカウントする方法によるカウント値を、一致量として用いることができる。
【００６７】
また、上記各実施形態では、パッドＰを利用してアライメント点を算出することとしたが、アライメント点がパッドＰを利用して定められることは必須でなく、半導体デバイス１４に現れる検出可能なユニークな形状であれば他のパターン、とくに半導体チップ１４ａの一部の形状や、複数のパターンのユニークな配列、もしくはそれらの組み合わせを利用することも可能である。また、上記各実施形態では、主としてパッドＰにおけるボンディング点を算出する工程について説明したが、同様の工程をリードＬやその他の部材におけるボンディング点の算出において実行することも、勿論可能である。また、上記各実施形態ではアライメント点の個数を２個としたが、３個以上のアライメント点を用いる構成の装置に本発明を適用することも可能である。
【００６８】
また、上記各実施形態では本発明をワイヤボンディング装置に適用した例について説明したが、本発明は他の種類の半導体製造装置や、パターンマッチングを用いた他の装置における位置検出について広く適用でき、かかる構成も本発明の範疇に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るボンディング装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】新規半導体デバイスの登録処理の一例を示すフロー図である。
【図３】ランタイムの処理の一例を示すフロー図である。
【図４】基準画像を示す説明図である。
【図５】回転画像（正方向）に対するパターンマッチングの工程を示す説明図である。
【図６】回転画像（逆方向）に対するパターンマッチングの工程を示す説明図である。
【図７】最大値画像を示す要部拡大図である。
【図８】従来におけるアライメント点の設定工程を示す説明図である。
【図９】従来における検出対象画像と基準画像とのパターンマッチングの工程を示す説明図である。
【図１０】従来の方法における位置検出誤差の発生原因を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ＸＹテーブル
２ ボンディングヘッド
４ ツール
５ クランパ
７ カメラ
１４ 半導体デバイス
１４ａ 半導体チップ
３２ クロスマーク
３２ａ 中心点
３３ 手動入力手段
３４ 制御部
３６ データメモリ
３６ａ データライブラリ
３７ 演算処理部
３８ 画像処理部
３９ モニタ
４２ レチクルマーク
Ａ（ｘ，ｙ） 最大値画像
Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａｍ アライメント点
Ｌ パッド
Ｐ パッド
Ｗ ワイヤ
Claims (2)
- 撮像手段を備えるボンディング装置の画像処理方法であって、
あらかじめ入力されている基準画像を前記撮像手段の視野領域で回転画像との相関値が最大となる最一致点の周りに複数の所定の角度だけ回転させた各回転画像と前記基準画像との各差分の各絶対値を算出し、該絶対値を前記撮像手段の視野領域の複数の所定の座標にそれぞれマッピングして各回転角度に対応する各相違画像を生成する相違画像生成工程と、
前記各所定の座標における各相違画像の絶対値の最大値を選択し、前記各所定の座標における各相違画像の各差分の各最大絶対値とした最大値画像を生成し、生成した前記最大値画像を二値化処理し、所定の閾値以上の最大絶対値の各相違画像の前記所定の座標を選択し、その各所定座標のみを含む領域をマスクパターン画像として生成するマスクパターン生成工程と、
前記撮像手段によって検出対象を撮像した検出対象画像と、前記基準画像の前記マスクパターン画像に対応する領域をパターンマッチングの対象から除外するマスキング処理を行ったマスキング処理後の前記基準画像との間でパターンマッチングにより前記検出対象の位置を検出する位置検出工程と、
を含むことを特徴とする画像処理方法。 - 撮像手段と、
前記撮像手段によって取得した画像を処理する画像処理部と、を備えるボンディング装置であって、
前記画像処理部は、
あらかじめ入力されている基準画像を前記撮像手段の視野領域で回転画像との相関値が最大となる最一致点の周りに複数の所定の角度だけ回転させた各回転画像と前記基準画像との各差分の各絶対値を算出し、該絶対値を前記撮像手段の視野領域の複数の所定の座標にそれぞれマッピングして各回転角度に対応する各相違画像を生成する相違画像生成手段と、
前記各所定の座標における各相違画像の絶対値の最大値を選択し、前記各所定の座標における各相違画像の各差分の各最大絶対値とした最大値画像を生成し、生成した前記最大値画像を二値化処理し、所定の閾値以上の最大絶対値の各相違画像の前記所定の座標を選択し、その各所定座標のみを含む領域をマスクパターン画像として生成するマスクパターン生成手段と、
前記撮像手段によって検出対象を撮像した検出対象画像と、前記基準画像の前記マスクパターン画像に対応する領域をパターンマッチングの対象から除外するマスキング処理を行ったマスキング処理後の前記基準画像との間でパターンマッチングにより前記検出対象の位置を検出する位置検出手段と、
を含むことを特徴とするボンディング装置。
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