JP4952464B2 - ボンディングワイヤ検査装置およびボンディングワイヤ検査方法 - Google Patents

ボンディングワイヤ検査装置およびボンディングワイヤ検査方法 Download PDF

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Description

本発明は,半導体素子上,基板上等に形成されるボンディングワイヤの形状を検査するボンディングワイヤ検査装置およびボンディングワイヤ検査方法に関する。さらに詳細には,ボンディングワイヤの高さを取得するボンディングワイヤ検査装置およびボンディングワイヤ検査方法に関するものである。
従来から,半導体素子上,基板上等に形成されるボンディングワイヤの高さを検査する検査装置が考案されている。例えば,特許文献1に記載されているワイヤボンディング検査装置では,いわゆる光切断法を用いてワイヤの高さを測定している。
具体的には,被検体となるボンディングワイヤを上方からCCDカメラで撮像し,ボンディングワイヤの平面視における形状および位置を抽出する(形状・位置検出ステップ)。次に,被検体となるボンディングワイヤの斜め上方からスリット光源からのスリット光を照射する。そして,その反射光であるワイヤ上の光点および基板上の光点をCCDカメラで撮像する。そして,ワイヤ上の光点と基板上の光点との平面視における位置ずれ量を求め,その位置ずれ量とスリット光の照射角度から,検査対象物の高さであるワイヤ高さが求められる(高さ計測ステップ)。
特開2004−259968号公報
しかしながら,前記した特許文献1のワイヤボンディング検査装置には,次のような問題があった。すなわち,CCDカメラで撮像する際には,検査ワークの位置決めを行い,検査ワークを載置するXYテーブルを停止させる。そのため,XYテーブルの駆動モータの起動・停止に伴う時間を要する。一方,XYテーブルを停止させずに撮像すると,撮像データにぶれが生じ,検査の高精度化の妨げになる。
さらには近年,製品の小型化の流れを受け,被検体であるボンディングワイヤのワイヤ径が精細化している。スリット光源からの反射光は,ワイヤ径が細いほど弱い。この小径ワイヤの検査において,被検体を移動させながら撮像しようとすると,CCDカメラで十分な光量を受光できず,反射光が撮像データから消失してしまう。つまり,高さ計測ステップについて,検査の安定を欠くことになる。また,スリット光源の出力を上げると,コストアップの要因になるとともに,安全上の観点からも好ましくない。
本発明は,前記した従来のワイヤボンディング装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,検査の高速化と安定化との両立が図られたボンディングワイヤ検査装置およびボンディングワイヤ検査方法を提供することにある。
この課題の解決を目的としてなされたボンディングワイヤ検査装置は,ワイヤボンディングがなされた基板を被検体とし,被検体を載置するステージと,ステージ上の被検体を上方から撮像する撮像装置と,撮像装置の側方に配置され,被検体の斜め上方から当該被検体に対してスリット光を照射するスリット光源とを備えたボンディングワイヤ検査装置であって,ステージに載置された被検体を,スリット光によって当該被検体の基板に描かれる基準線の方向であるライン方向と,当該被検体のボンディングワイヤの長手方向とが直交するように位置調整し,ステージを,ライン方向に移動させながら,撮像装置にて当該被検体を所定時間連続して撮像し,その撮像データを基に,当該被検体の基板に対するボンディングワイヤの高さを取得することを特徴としている。
また,本発明は,ワイヤボンディングがなされた基板を被検体とし,被検体の斜め上方から被検体に対してスリット光を照射し,当該被検体の上方に配置された撮像装置にて当該被検体を撮像し,その撮像データを基に,当該被検体の基板に対するボンディングワイヤの高さを取得するワイヤ高さ取得ステップを含むボンディングワイヤ検査方法であって,ワイヤの高さ取得ステップでは,ステージ上に載置された被検体を,スリット光によって当該被検体の基板に描かれる基準線の方向であるライン方向と,当該被検体のボンディングワイヤの長手方向とが直交するように位置調整し,ステージを,ライン方向に移動させながら,撮像装置にて当該被検体を所定時間連続して撮像することを特徴とするボンディングワイヤ検査方法を含んでいる。
すなわち,本発明のボンディングワイヤ検査装置は,被検体の斜め上方から被検体に対してライン状のスリット光を照射し,当該被検体をCCDカメラ等によって撮像し,その撮像データを基に,当該被検体の基板に対するボンディングワイヤの高さを取得している。ボンディングワイヤの高さの取得方法としては,いわゆる光切断法を適用する。
そして,ボンディングワイヤの高さの取得の際,被検体を載置するステージを移動させながら被検体を撮像している。すなわち,光切断法では,スリット光のボンディングワイヤ上の光点と,基板上の光点(すなわち基準線)との距離を基にワイヤ高さを求めることになる。このとき,被検体を基準線の方向(以下,「ライン方向」とする)に移動させたとしても,前記した距離はライン方向と直交する方向における距離であるため,ワイヤ高さの測定に影響しない。つまり,検査精度を低下させることなく,ステージを移動させながら検査を行うことができる。そして,ステージを停止させずに検査が行われることから,検査の短時間化が図られる。
また,被検体の撮像の際には,当該被検体を所定時間連続して撮像する。つまり,露光時間を長くし,意図的に撮像データにぶれを生じさせる。これにより,各光点の面積が,静止状態で撮像したものと比較して大きくなる。このぶれは前述したようにワイヤ高さの測定に影響しない。そして,面積が大きいことから,特にワイヤ上の光点を確実に認識することができる。よって,小径ワイヤであっても,安定した検査を行うことができる。
また,本発明のボンディングワイヤ検査装置は,被検体の上方からストロボ光を照射するストロボ光源を備えることとするとよりよい。すなわち,被検体のボンディングワイヤの形状を取得する際には,被検体の上方からストロボ光を照射し,短時間の露光によって撮像データを形成する。これにより,ステージを移動させたとしても,ぶれの少ない撮像データを得ることができる。よって,ステージを移動させながら,当該被検体を撮像することができ,検査の短時間化に寄与する。
本発明によれば,検査の高速化と安定化との両立が図られたボンディングワイヤ検査装置およびボンディングワイヤ検査方法が実現されている。
以下,本発明にかかる実装基板の検査装置を具体化した実施の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は,ボンディングワイヤがボンディングされた基板を被検体とし,その被検体のボンディングワイヤの高さを検査するボンディングワイヤ検査装置に本発明を適用したものである。
[検査装置の構成]
本形態のボンディングワイヤ検査装置100(以下,「検査装置100」)は,図1に示すように,被検体である検査ワーク1を載置し,平面上で移動自在に設けられたXYステージ2と,XYステージ2の上方に配置され,検査ワーク1を撮像するCCDカメラ7と,CCDカメラ7と同軸上に配置され,ストロボ光を照射する同軸照明6と,CCDカメラ7に付設される偏光板15と,CCDカメラ7の両側方に対向配置され,ライン状のスリット光を照射するスリット光源4,5と,同軸照明6用のストロボ電源8と,CCDカメラ7を上下方向(Z方向)に移動自在にさせるZ軸ステージ3と,各部材の制御や演算を行う制御演算装置9と,XYステージ2およびZ軸ステージ3を駆動するステージ制御ドライバ10とを備えている。
また,検査ワーク1は,図2に示すように,ボンディングワイヤ12を基板11にボンディングしたものである。ワイヤボンディングについては周知の技術であり,説明を省略する。
検査ワーク1のボンディングワイヤ12は,図3(a)に示すように,長手方向の両端部に,基板11にボンディングされたボンド部12a,12bを有し,端部から中央部側に向かって基板からの高さhが高くなる弓形状に形成されている。また,ボンディングワイヤ12は,図3(b)に示すように,CCDカメラ7によって撮像される平面視における2次元形状が直線形状になっている。そして,その両端部には,他部よりも幅広なボンド部12a,12bが形成されている。
検査装置100は,ボンディングワイヤ12に対する照明として,同軸照明6とスリット光源4,5とを備えている。同軸照明6は,所定周期で点滅するストロボ照明であり,検査ワーク1の上方から照明する。そして,その反射光がボンディングワイヤ12の2次元形状としてCCDカメラ7によって撮像される。
CCDカメラ7によって撮像されたボンディングワイヤ12の平面視における2次元形状の画像データは,制御演算装置9に送られる。制御演算装置9では,その画像データに基づき各ボンド部12a,12bのボンド中心Oa,Obの位置を求め,各ボンド中心Oa,Obを含む任意の範囲をワイヤ抽出エリアWとして設定する。そして,このワイヤ抽出エリアW内のボンディングワイヤ12を,周囲との輝度差によって抽出する。これにより,ボンディングワイヤ12の位置および外形のデータが得られる。
一方,スリット光源4,5は,図4に示すように,ボンディングワイヤ12の斜め上方から,ライン状のスリット光Lを照射する。なお,図4では,スリット光源4のみを記載している。スリット光源4,5としては,レーザ光やLED光等が適用可能である。
ボンディングワイヤ12に向けて照射されたスリット光Lは,図5に示すように,ボンディングワイヤ12上および基板11上で反射する。そして,ボンディングワイヤ12上で反射したスリット光点であるワイヤ光点14および基板11上で反射したスリット光点である基板光点13がCCDカメラ7によって撮像される。その際,CCDカメラ7に付設される偏光板15により,ワイヤ光点14および基板光点13からの反射光以外の光がカットされる。そのため,ワイヤ光点14および基板光点13からの光を明瞭に捕らえられる。
スリット光Lは,図4に示したように,照射角度θにて斜め上方から照射される。ワイヤ光点14は,基板11からのワイヤ高さhの位置にある。そのため,図5に示したように,平面視においてワイヤ光点14と基板光点13との位置には,ずれが生じる。このワイヤ光点14と基板光点13との位置ずれ量が,制御演算装置9によって距離aとして測定される。
制御演算装置9内には,CCDカメラ7により撮像された画像上における単位画素当たりの寸法と実際の寸法との関係が記憶されており,撮像された画像上のワイヤ光点14と基板光点13との位置ずれ寸法から実際の距離aを算出することができる。そして,この距離aに基づいてワイヤ光点14における高さhが求められる。
このように,検査装置100では,被検体であるボンディングワイヤ12の斜め上方からスリット光Lを照射し,その反射光であるワイヤ光点14および基板光点13をCCDカメラ7により撮像している。そして,ワイヤ光点14と基板光点13との平面視における位置ずれ量(すなわち距離a)と,スリット光Lの傾斜角度θから,ワイヤ高さhを求める。すなわち,「光切断法」によってワイヤ高さhを求める。
また,検査装置100のワイヤ高さhの測定は,XYステージ2により,検査ワーク1を平面方向に移動させながら行う。XYステージ2の移動方向および移動量は,検査装置100に入力された諸条件に応じて制御演算装置9にて算出される。そして,制御演算装置9からステージ制御用ドライバ10に対してXYステージ2への作動指令が出力される。そして,ステージ制御用ドライバ10によってXYステージ2が作動して検査ワーク1が移動する。
また,ステージ制御用ドライバ10は,制御演算装置9からの指令に基づいてZ軸ステージ3を上下方向に移動させる。これにより,各測定位置でワイヤ高さh等が異なった場合でも,CCDカメラ7は各測定位置でボンディングワイヤ12を適切に撮像できる高さ位置となるように,その上下位置を調節することができる。なお,制御演算装置9は,同軸照明6およびスリット光源4,5のオンオフや照度調節等の制御も行う。
また,ワイヤ抽出エリアWの各ポイントにてワイヤ高さhの算出を行う際,略弓形に形成されるボンディングワイヤ12のワイヤ高さhの値が最も大きくなるポイント(本形態ではボンディングワイヤ12の長手方向の略中央部)からスリット光源4側の端部までの領域は,スリット光源4からのスリット光を利用し,ワイヤ高さhの値が最も大きくなるポイントからスリット光源5側の端部までの領域は,スリット光源5からのスリット光を利用する。
[検査の手順]
続いて,検査装置100によってボンディングワイヤ12の高さを測定する手順について,図6のフローチャートを参照しつつ説明する。本形態では,S01からS04までがボンディングワイヤ12の平面視における形状および位置を抽出する形状・位置検出ステップであり,S06からS09までがボンディングワイヤ12の高さを算出する高さ計測ステップである。
まず,形状・位置検出ステップとして,検査ワーク1をXYステージ2に載置し,検査ワーク1の移動を開始する(S01)。XYステージ2は,概ね200mm/sで移動するように制御される。
次に,検査ワーク1を所定の検査位置に移動させるとともに,CCDカメラ7によって検査ワーク1を撮像する(S02)。S02の処理では,同軸照明6によってストロボ光を検査ワーク1に照射する。すなわち,検査ワーク1の撮像では,同軸照明6の照明がストロボ光であることから,CCDカメラ7における露光が一瞬となる。そのため,XYステージ2を動作させたまま検査ワーク1を撮像したとしても,画像のぶれが極めて少ない撮像データが得られる。従って,S02の処理では,検査ワーク1の移動を停止することなく検査ワーク1の撮像が行われる。
次に,制御演算装置9により,S02の処理で撮像した画像データを基に,検査ワーク1におけるボンディングワイヤ12の2次元形状が測定され,ボンディングワイヤ12両端のボンド部12a,12bにおけるボンド中心Oa,Obの位置が算出される(S03)。さらに,制御演算装置9では,算出されたボンド中心Oa,Obの位置に基づいてワイヤ抽出エリアWが抽出され,ボンディングワイヤ12の位置および外形が抽出される(S04)。
ボンディングワイヤ12の抽出後,検査ワーク1をワイヤ抽出エリアW内におけるワイヤ高さ測定の初期位置へ移動させる(S05)。検査ワーク1が初期位置に到達すると,高さ計測ステップに移行する。
高さ計測ステップとして,まず,スリット光源4,5のスリット光Lにてボンディングワイヤ12を照射する。本形態では,スリット光Lが検査ワーク1の基板11上に描く基準線の方向(すなわち基板光点13を結ぶ直線の方向)であるライン方向(図5のY方向)と,ボンディングワイヤ12の長手方向(図5のX方向)とが直交するように検査ワーク1の位置を調節する。
そして,スリット光が照射された状態で,ライン方向に検査ワーク1を移動させながら,CCDカメラ7によって検査ワーク1を撮像する(S06)。S06の処理では,ライン方向に検査ワーク1を移動させながら撮像を行う。ライン方向での移動であるため,ライン方向への反射光のぶれが生じるが,ライン方向と直交する方向の距離である距離aの算出には問題にならない。つまり,検査ワーク1を移動させながらであっても計測精度を低下させない。
また,ボンディングワイヤ12の高さ計測に必要な精度は,基板光点13とワイヤ光点14との平面視における位置ずれ量(すなわち距離a)の精度によって決まる。一方,ワイヤ径が細くなるほど,ワイヤ光点14からの反射光が弱くなり,位置ずれ量の検出が不安定になる。そこで,CCDカメラ7の露光時間を,画像ずれが発生するまで意図的に長くする。本形態では,1000μs程度露光する。これにより,ライン方向にのみ間延びしたワイヤ光点14の画像が得られる。ワイヤ光点14が間延びし,より大きな部位として観測されることから,ワイヤ径が細くてもワイヤ光点14の計測が容易である。そのため,位置ずれ量の検出が安定する。
次に,制御演算装置9により,ワイヤ光点14と基板光点13との平面視における位置ずれ量(すなわち距離a)が測定される(S07)。そして,その距離aを基にワイヤ高さhが算出される(S08)。
S06〜S08までの処理は,検査ワーク1を移動させながら行われ,設定されている検査ポイントでのワイヤ高さhの算出が終わるまで繰り返される(S09)。最後の検査ポイントでのワイヤ高さhの算出が終了した場合(S09:YES)には,本処理を終了する。
本形態では,S01の処理にて検査ワーク1の移動を開始した後,最後の検査ポイントの算出を終えるまで(S09:YES),XYテーブル2を停止することなく,検査ワーク1を移動し続ける。すなわち,移動しながらの撮像であるため,静止状態の撮像と比較して検査速度が大幅に向上する。
図7は,検査ワーク1を静止した状態での,スリット光をCCDカメラ7で撮像した画像イメージを示す図である。画像データに映し出される基板光点13を結ぶ線を基準として,その基準線と各ワイヤのワイヤ光点12との位置ずれ量a1〜a4が求められる。そして,その位置ずれ量a1〜a4から各ワイヤの高さが求められる。しかし,静止状態での画像では,ワイヤ光点14の面積が小さく,はっきりと映し出されない。そのため,ワイヤ光点14の抽出が困難であり,ワイヤ光点14が見つからないことによる検査不能や,基板11上の傷等をワイヤ光点14と誤認することによる検査不良が生じる。
図8は,検査ワーク1をライン方向に移動させ,露光時間を画像ずれが僅かに生じる程度の時間とした場合の,画像イメージを示す図である。図8の画像では,図7の画像と比較して,ワイヤ光点14がライン方向に間延びし,ワイヤ光点14の面積が大きくなる。そのため,ワイヤ光点14の抽出が容易であり,安定した計測が可能である。なお,ワイヤ光点14の間延びは,ライン方向の間延びであって,ライン方向と直交する方向の距離である距離a1〜a4の計測には影響しない。
ただし,露光時間を極端に長く設定すると,ワイヤ光点14,14間が狭まり,図9に示すように,隣り合うワイヤ光点14,14が重なり合ってしまう。そのため,各ワイヤ光点14について独立して高さ測定を行うためには,隣り合うワイヤ光点14,14が重なり合わないように,検査ワーク1の移動速度や露光時間を適当に設定する。
以上詳細に説明したように本形態の検査装置100は,検査ワーク1の斜め上方からその検査ワーク1に対してライン状のスリット光を照射し,その状態をCCDカメラ7によって撮像している。そして,制御演算装置9により,その撮像データを基に,当該検査ワーク1のワイヤ高さhを取得している。ワイヤ高さhの取得方法としては,いわゆる光切断法を適用している。
そして,ワイヤ高さhの取得の際,XYステージ2を移動させながら検査ワーク1を撮像している。すなわち,光切断法では,スリット光のワイヤ光点14と,基板光点13を結ぶ線(すなわち,スリット光が基板11に描く基準線)との距離aを基にワイヤ高さhを求めることになる。このとき,検査ワークをライン方向であるY方向に移動させたとしても,距離aはライン方向と直交するX方向における距離であるため,ワイヤ高さhの測定に影響しない。つまり,検査精度を低下させることなく,XYステージ2を移動させながら検査を行うことができる。そして,XYステージ2を停止させずに検査が行われることから,検査の短時間化が図られる。
また,検査ワーク1の撮像の際には,当該検査ワーク1を所定時間連続して撮像する。つまり,露光時間を長くし,意図的に撮像データにぶれを生じさせる。これにより,距離aの測定に必要な各ワイヤ光点14の面積が,静止状態で撮像したものと比較して大きくなる。このぶれは前述したようにワイヤ高さhの測定に影響しない。そして,面積が大きいことから,特にワイヤ光点14を確実に抽出することができる。よって,ボンディングワイヤ12が小径ワイヤであっても,安定した検査を行うことができる。
また,ボンディングワイヤ12の形状を取得する際には,同軸照明6によってストロボ光を照射し,短時間の露光によって撮像データを形成している。これにより,ステージを移動させながら検査ワーク1を撮像することができ,検査の短時間化に寄与する。よって,検査の高速化と安定化との両立が図られたボンディングワイヤ検査装置およびボンディングワイヤ検査方法が実現している。
なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。例えば,本実施の形態では,瞬間的な露光を実現するためにストロボ電源を利用しているが,これに限るものではない。例えば,XYステージ2を動作させたままでの撮像は,撮像装置側で高速シャッタ化を図ることによっても実現できる。
また,距離aを測定する際には,ワイヤ光点14および基板光点13のX方向上の中心あるいは面積重心を求め,ワイヤ光点14と基板光点13との中心間距離あるいは面積重心間距離を距離aとすることで,測定値の安定化を図ることができる。
また,CCDカメラで得られた画像データに対して圧縮,展開した後にボンディングワイヤの外形抽出等を行うこととしてもよい。すなわち,画像データに対して圧縮,展開を行うことで画像データに含まれるノイズを除去することができ,測定値の安定化を図ることができる。
また,本実施の形態では,ワイヤ光点14がライン方向に間延びし,ワイヤ光点14の面積が大きい。そこで,光点と判断された部位のうち,所定サイズ以下の部位は削除するとしてもよい。この方法によっても,ノイズによる誤判断を防止することができる。
実施の形態にかかるボンディングワイヤ検査装置の構成を示す概略構成図である。 スリット光が照射される被検体を示す斜視図である。 ボンディングワイヤを示す図であって,(a)は側面図であり,(b)は平面図である。 スリット光の照射によるワイヤの高さ測定の原理を示す側面図である。 スリット光の照射によるワイヤの高さ測定の原理を示す平面図である。 実施の形態にかかるボンディングワイヤ検査装置の検査手順を示すフローチャートである。 スリット光をCCDカメラで撮像した画像イメージを示す図(検査ワーク:静止状態)である。 スリット光をCCDカメラで撮像した画像イメージを示す図(検査ワーク:Y方向への移動状態)である。 スリット光をCCDカメラで撮像した画像イメージを示す図(検査ワーク:Y方向への移動状態,露光時間超過)である。
符号の説明
1 検査ワーク(被検体)
2 XYステージ(ステージ)
4,5 スリット光源
6 同軸照明(ストロボ光源)
7 CCDカメラ(撮像装置)
9 制御演算装置
11 基板
12 ボンディングワイヤ
13 基板光点
14 ワイヤ光点
100 ボンディングワイヤ検査装置

Claims (4)

  1. ワイヤボンディングがなされた基板を被検体とし,
    被検体を載置するステージと,
    前記ステージ上の被検体を上方から撮像する撮像装置と,
    前記撮像装置の側方に配置され,被検体の斜め上方から当該被検体に対してスリット光を照射するスリット光源とを備えたボンディングワイヤ検査装置において,
    前記ステージに載置された被検体を,前記スリット光によって当該被検体の基板に描かれる基準線の方向であるライン方向と,当該被検体のボンディングワイヤの長手方向とが直交するように位置調整し,
    前記ステージを,前記ライン方向に移動させながら,前記撮像装置にて当該被検体を所定時間連続して撮像し,その撮像データを基に,当該被検体の基板に対するボンディングワイヤの高さを取得することを特徴とするボンディングワイヤ検査装置。
  2. 請求項1に記載するボンディングワイヤ検査装置において,
    被検体の上方からストロボ光を照射するストロボ光源を備えることを特徴とするボンディングワイヤ検査装置。
  3. ワイヤボンディングがなされた基板を被検体とし,
    被検体の斜め上方から被検体に対してスリット光を照射し,当該被検体の上方に配置された撮像装置にて当該被検体を撮像し,その撮像データを基に,当該被検体の基板に対するボンディングワイヤの高さを取得するワイヤ高さ取得ステップを含むボンディングワイヤ検査方法において,
    前記ワイヤの高さ取得ステップでは,
    ステージ上に載置された被検体を,前記スリット光によって当該被検体の基板に描かれる基準線の方向であるライン方向と,当該被検体のボンディングワイヤの長手方向とが直交するように位置調整し,
    前記ステージを,前記ライン方向に移動させながら,前記撮像装置にて当該被検体を所定時間連続して撮像することを特徴とするボンディングワイヤ検査方法。
  4. 請求項3に記載するボンディングワイヤ検査方法において,
    被検体の上方からストロボ光を照射し,前記ステージを移動させながら,前記撮像装置にて当該被検体を撮像し,その撮像データを基に,被検体のボンディングワイヤの形状を取得するワイヤ形状取得ステップを含むことを特徴とするボンディングワイヤの検査方法。
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