JP6461311B2 - ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法 - Google Patents

ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法 Download PDF

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Description

本発明は、ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法に関する。
半導体チップと回路基板等との間をワイヤで接続するワイヤボンディングにおいて、ボンディング対象である半導体チップの位置を上方からカメラで検出し、その位置にボンディングツールを移動させてワイヤボンディングを行うことが知られている。この場合、ボンディングツールの軸心をカメラの光軸に一致させて設けると、カメラによる位置検出がボンディングツールによって妨げられることから、通常、カメラとボンディングツールとは所定距離だけ離間して設けられる。このような、カメラの光軸とボンディングツールの軸心との間の所定距離は、オフセットと呼ばれる。
ワイヤボンディングにおいては、このオフセットを基準としてボンディングツールがボンディング対象に対して位置決めされるため、このオフセットは大変重要なパラメータであるところ、かかるオフセットは、ボンディングステージからの輻射熱、周囲の光学系における発熱、又はボンディング処理のための移動機構による摩耗等によって経時的に変化することから、ワイヤボンディングにおいては、かかるオフセットの変化を正確に把握することが要求される。
また、長時間ワイヤボンディングを行うと、ボンディングツールの下側面部にゴミや汚れが付着する。これらゴミ等の汚染物質が邪魔となりカメラで撮像した画像を用いて画像処理を行ってもボンディングツールの軸心（中心）を求めるには困難な場合がある。
ところで、近年、安価なボンディングツールのなかには、ボンディングツールの外径軸心（中心）と、その内孔軸心（中心）が必ずしも一致せず偏芯している場合や、ボンディングツール先端に形成されるフリーエアーボール（ＦＡＢ）自体がボンディングツールの軸心（中心）から偏芯する場合があるため、ボンディングツールの外径軸心（中心）を基準にしても正確なオフセットを測定できないことがある。
従来技術において、このオフセットの変化を測定する様々な構成が知られているが（例えば特許文献１など）、カメラでオフセットの変化を測定するためには、リファレンスなどの撮像対象の高さにカメラのフォーカス位置を合わせる必要があるなど、必ずしも測定のための機構及び方法が簡易であるとは言えなかった。特に、近年、スタック構造の半導体チップに対するワイヤボンディングを行う態様も増えており、このような態様にも簡易かつ正確にオフセットを測定することが望まれる。
特許第３８３６４７９号公報
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ワイヤボンディングのためのオフセットを簡易かつ正確に測定することができ、ワイヤボンディングの精度向上が図れるワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係るワイヤボンディング装置は、基準面上のボンディング対象の位置を検出する第１撮像部と、第１撮像部から離間して設けられたボンディングツールと、ボンディングツール及び第１撮像部を基準面に平行な方向に一体的に移動させる移動機構と、リファレンス部材と、基準面に対してボンディングツール及び第１撮像部とは反対側に配置された第２撮像部と、ボンディングツールと第１撮像部との間のオフセットを測定する制御部と、を備え、ボンディングツールには、ワイヤが挿通され、ワイヤのボール状先端部が延出されており、第１撮像部は、リファレンス部材の位置に対する第１撮像部の光軸の位置を検出し、第２撮像部は、予め記憶されたオフセット値に従ってボンディングツールをリファレンス部材の上方に移動させたとき、リファレンス部材の位置を検出するとともに、ワイヤのボール状先端部の位置を検出し、制御部は、第１撮像部及び第２撮像部による各検出結果に基づいて、ボンディングツールと第１撮像部との間のオフセットの変化を測定する。
上記構成によれば、基準面Ｓに対してボンディングツール及び第１撮像部とは反対側に配置された第２撮像部によって、リファレンス部材の位置を検出するとともに、ワイヤのボール状先端部の位置を検出する。第２撮像部によってボール状先端部の位置を検出することから、例えばボンディングツールに付着した異物等によって位置検出が妨げられることがなく、また、消耗品であるボンディングツールの変形による精度低下の問題もない上、ボンディングツールのＸＹ軸方向の位置を少ない工程で検出することができる。また、第２撮像部によって、リファレンス部材の位置に対するボール状先端部の位置をより簡易（例えば１度の検出で同時）に測定することができる。よって、ワイヤボンディングのためのオフセットを簡易かつ正確に測定することができる。
上記ワイヤボンディング装置において、リファレンス部材は、第１撮像部によって検出される第１マークと、第２撮像部によって検出される第２マークとを有してもよい。
上記ワイヤボンディング装置において、第１マークは、リファレンス部材のテーパ面であってもよい。
上記ワイヤボンディング装置において、第１マークは、リファレンス部材の段差であってもよい。
上記ワイヤボンディング装置において、リファレンス部材は、テーパ面又は段差によって囲まれた開口底部を有し、第２マークは、開口底部に形成されていてもよい。
上記ワイヤボンディング装置において、ワイヤのボール状先端部に、ボンディングツールとは反対側から、基準面に平行なＸＹ軸方向の各スリット光を照射する照射部をさらに含み、制御部は、ＸＹ軸方向の各スリット光に基づいて、ボンディングツールと第１撮像部との間のオフセットの変化を測定してもよい。
上記ワイヤボンディング装置において、制御部は、ボンディングツールから延出したワイヤのボール状先端部の径及び形状の少なくとも１つを測定してもよい。
上記ワイヤボンディング装置において、リファレンス部材は、光路長補正部を有し、第２撮像部は、リファレンス部材の光路長補正部を介してワイヤのボール状先端部の位置を検出してもよい。
上記ワイヤボンディング装置において、制御部は、測定したオフセットの変化をフィードバックし、次のワイヤボンディングに反映させてもよい。
上記ワイヤボンディング装置において、予め記憶されたオフセット値は、制御部によって前回測定したオフセット値であってもよい。
上記ワイヤボンディング装置において、制御部は、第２撮像部の検出結果に基づいてワイヤのボール状先端部の酸化レベルを測定してもよい。
上記ワイヤボンディング装置において、前記制御部は、測定した前記酸化レベルが高い場合、ボンディングパラメータにフィードバックし、次のワイヤボンディングに反映させてもよい。
上記ワイヤボンディング装置において、第２撮像部は、ボンディングツールを基準面に対して垂直方向に移動したときの、ワイヤのボール状先端部の移動に伴う変化を検出してもよい。
本発明の一態様に係るワイヤボンディング方法は、基準面上のボンディング対象の位置をワイヤボンディングする方法であって、ワイヤボンディング装置を準備する工程であって、第１撮像部から離間して設けられたボンディングツールと、ボンディングツール及び第１撮像部を基準面に平行な方向に一体的に移動させる移動機構と、リファレンス部材と、基準面に対してボンディングツール及び第１撮像部とは反対側に配置された第２撮像部と、ボンディングツールと第１撮像部との間のオフセットを測定する制御部とを備える、ワイヤボンディング装置を準備する工程と、ボンディングツールから延出されたワイヤにボール状先端部を形成する工程と、第１撮像部をリファレンス部材の上方に移動させた後、第１撮像部によってリファレンス部材の位置に対する第１撮像部の光軸の位置を検出する第１検出工程と、予め記憶されたオフセット値に従ってボンディングツールをリファレンス部材の上方に移動させた後、第２撮像部によって、リファレンス部材の位置を検出するとともに、ワイヤのボール状先端部の位置を検出する第２検出工程と、第１及び第２検出工程の各検出結果に基づいて、ボンディングツールと第１撮像部との間のオフセットの変化を測定する工程と、を含む。
上記構成によれば、基準面Ｓに対してボンディングツール及び第１撮像部とは反対側に配置された第２撮像部によって、リファレンス部材の位置を検出するとともに、ワイヤのボール状先端部の位置を検出する。第２撮像部によってボール状先端部の位置を検出することから、例えばボンディングツールに付着した異物等によって位置検出が妨げられることがなく、また、消耗品であるボンディングツールの変形による精度低下の問題もない上、ボンディングツールのＸＹ軸方向の位置を少ない工程で検出することができる。また、第２撮像部によって、リファレンス部材の位置に対するボール状先端部の位置をより簡易（例えば１度の検出で同時）に測定することができる。よって、ワイヤボンディングのためのオフセットを簡易かつ正確に測定することができる。
本発明によれば、ワイヤボンディングのためのオフセットを簡易かつ正確に測定することができ、ワイヤボンディングの精度向上を図ることができる。
図１は、本発明の実施形態に係るワイヤボンディング装置を示す図である。 図２は、本発明の実施形態に係るワイヤボンディング装置を示す図である。 図３は、本発明の実施形態に係るワイヤボンディング方法を示すフローチャートである。 図４は、本発明の実施形態に係るワイヤボンディング方法を説明する図である。 図５は、本発明の実施形態に係るワイヤボンディング方法を説明する図である。 図６は、本発明の実施形態に係るワイヤボンディング方法を説明する図である。 図７は、本発明の実施形態に係るワイヤボンディング方法を説明する図である。 図８は、本発明の実施形態に係るワイヤボンディング方法を説明する図である。 図９（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施形態に係るワイヤボンディング方法を説明する図である。 図１０は、本発明の実施形態に係るワイヤボンディング方法を説明する図である。 図１１は、本発明の実施形態に係るワイヤボンディング方法を説明する図である。 図１２は、本発明の実施形態の変形例を示す図である。 図１３は、本発明の実施形態の変形例を示す図である。 図１４（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施形態の変形例を示す図である。 図１５は、本発明の実施形態の変形例を示す図である。
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。
図１及び図２は本実施形態に係るワイヤボンディング装置１０を示したものであり、図１がＹ軸方向から見た図であり、図２がＸ軸方向から見た図である。
ワイヤボンディング装置１０は、ＸＹテーブル１２、ボンディングヘッド１４、ボンディングアーム１６、ボンディングツール１８、第１撮像部３０、第２撮像部４０、及び、ワイヤボンディングに必要な処理を行う制御部６０を備える。なお、以下の説明においては、ＸＹ軸方向を基準面Ｓに平行な方向とし、Ｚ軸方向を基準面Ｓに垂直な方
向として説明する。
ワイヤボンディング装置１０は、基準面Ｓ上のボンディング対象１００に対してワイヤボンディング方法を行うための装置である。ワイヤボンディング装置１０によって、ボンディング対象１００のうち、第１ボンド点（例えば半導体チップの電極）と、第２ボンド点（例えば回路基板の電極）とがワイヤによって電気的に接続され、半導体装置が製造される。ボンディング対象１００は、基準面Ｓ上の図示しないボンディングステージに載置され、例えばガイドレールなどの搬送駆動機構により、ボンディング対象１００をＸ軸方向に移動可能に構成されている。ボンディングステージには図示しない加熱機構が備えられており、ワイヤボンディング装置１０の他の構成部分はこのボンディングステージの加熱機構により輻射熱を受ける。
なお、ボンディング対象１００は、例えば、２つ以上の半導体チップがそれぞれの電極パッドを露出させた状態で積層されたスタック構造体を含んでもよい。本実施形態に係るワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法は、例えばスタック構造体など、ワイヤボンディングするボンド点の高さが異な場合であっても、容易かつ簡易な構成で正確にワイヤボンディングを行うことができる。
ＸＹテーブル１２は移動機構の一例である。ＸＹテーブル１２は、ＸＹ軸方向に摺動可能に構成されており、ＸＹテーブルにはボンディングヘッド１４が搭載されている。ボンディングヘッド１４には、Ｚ軸方向に揺動可能な図示しないＺ軸駆動機構を介して、ボンディングアーム１６が設けられており、ボンディングアーム１６の先端にはボンディングツール１８が取り付けられている。また、ボンディングヘッド１４には、ホルダ１５を介して第１撮像部３０が設けられている。こうしてボンディングツール１８及び第１撮像部３０がボンディングヘッド１４に設けられることによって、ボンディングツール１８及び第１撮像部３０をＸＹテーブル１２によって一体的にＸＹ軸方向に移動させることができる。
ボンディングツール１８は、Ｚ軸方向に沿ってワイヤ２０を挿通するように構成されている。ボンディングツール１８は例えばキャピラリである。ボンディングアーム１６には、図示しないトランスデューサ及び超音波振動子が設けられており、これによってボンディングツール１８を介してボンディング対象１００に超音波振動を付与することができるように構成されている。ボンディングツール１８は、Ｚ軸方向に沿ってワイヤ２０を挿通するための挿通穴を有する。また、ボンディングツール１８の上方には、ワイヤクランパ１９が設けられ、ワイヤクランパ１９は、所定のタイミングでワイヤ２０を拘束又は解放するよう構成されている。また、ワイヤボンディング工程の処理中においては、ボンディングツール１８に挿通されたワイヤ２０の先端部（Ｚ軸方向の下端部）には、ボール状先端部２２が形成される場合がある。ワイヤ２０の材料は、コストと電気抵抗の低さなどから適宜選択され、例えば金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）等の金属材料が用いられる。ボール状先端部２２は、フリーエアーボール（ＦＡＢ）と呼ばれ、この部分がボンディング対象１００の第１ボンド点にボンディングされる。
ボンディングツール１８の位置合わせの基準となる軸心１８ａは、ボール状先端部２２のＺ軸方向の軸心であってもよいし、あるいは、ボンディングツール１８の挿通穴の軸心であってもよい。
第１撮像部３０は、基準面Ｓ上のボンディング対象１００の位置を検出するためのものであり、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）を用いた光電変換式のカメラである。第１撮像部３０はＺ軸方向に沿った光軸３０ａを有する。第１撮像部３０は、基準面Ｓに対してＺ軸方向の上方側（すなわち、ボンディングツール１８と同じ側）に配置されており、Ｚ軸方向の上方側から、基準面Ｓの所定の範囲を画像情報として取得する。
ボンディングツール１８と第１撮像部３０とは互いに離間して設けられている。具体的には、ボンディングツール１８の軸心１８ａと第１撮像部３０の光軸３０ａとは、Ｘ軸方向に距離Ｘｔ、及び、Ｙ軸方向に距離Ｙｔだけそれぞれ離れた位置に設けられている。この距離Ｘｔ及びＹｔは、オフセットと呼ばれる。なお、オフセットの詳細は後述する。
第２撮像部４０は、基準面Ｓに対してＺ軸方向の下方側（すなわち、基準面Ｓに対してボンディングツール１８及び第１撮像部３０とは反対側）に配置されており、Ｚ軸方向の下方側から、基準面Ｓの所定の範囲を画像情報として取得する。第２撮像部４０は、例えば第１撮像部３０と同様のカメラである。図１に示す例では、第２撮像部４０には、Ｚ軸方向に沿った光軸４０ａを有し、この光軸４０ａに沿って、照明４２、レンズ４４（例えばテレセントリックレンズ）及びリファレンス部材５０が設けられている。第２撮像部４０に設けられたこれらのリファレンス部材５０等は一体的に構成されており、第２撮像部４０とともに一体的に移動する。なお、リファレンス部材５０の詳細は後述する。
制御部６０は、ＸＹテーブル１２、第１撮像部３０及び第２撮像部４０などの、ワイヤボンディング装置１０の各構成との間で信号の送受信が可能なように接続され、これらの構成の動作を制御する。本実施形態においては、制御部６０は、ＸＹテーブル１２、ボンディングツール１８及び第１撮像部３０の移動などを制御する駆動部６２と、第１及び第２撮像部３０，４０によって取得された各画像情報などを記憶する記憶部６４と、記憶部６４に記憶された各画像情報などに基づいてオフセットを測定する測定部６６とを備える。制御部６０の各構成については後述のワイヤボンディング方法において詳述する。
また、制御部６０には、制御情報を入力するための操作部６８と、制御情報を出力するための表示部７０が接続されており、これにより作業者が表示部７０によって画面を認識しながら操作部６８によって必要な制御情報を入力することができるようになっている。なお、制御部６０は、ＣＰＵ及びメモリなどを備えるコンピュータ装置であり、メモリには予めワイヤボンディングに必要な処理を行うためのボンディングプログラムやその他の必要な情報が格納される。制御部６０は、後述するワイヤボンディング方法において説明するワイヤボンディングを行うための各工程を行うように構成されている（例えば各工程をコンピュータに実行させるためのプログラムを備える）。
次に、図３〜図７を参照しつつ、本実施形態に係るワイヤボンディング方法を説明する。ここで、図３は本実施形態に係るワイヤボンディング方法を示すフローチャートである。また、図４〜図７は本実施形態に係るワイヤボンディング方法の各工程を説明するための図であり、具体的には、図４及び図５は第１撮像部による検出工程を示し、図６及び図７は第２撮像部による検出工程を示すものである。
上記ワイヤボンディング装置１０を用意した後、ボンディングツール１８に挿通されたワイヤ２０のうち、ボンディングツール１８から延出された部分にボール状先端部２２を形成する（Ｓ１０）。ボール状先端部２２の形成工程は、例えば、ボンディングツール１８の鉛直方向下端側から延出されたワイヤ２０の先端を所定の高電圧に印加されたトーチ電極（図示しない）に近づけて、両者間に放電を発生させ、これにより加熱された当該ワイヤの先端を溶融させることによって行う。
次に、第１撮像部３０による検出を行う（Ｓ１１）。具体的には、駆動部６２によってＸＹテーブル１２を移動させて第１撮像部３０をリファレンス部材５０の上方に配置し、第１撮像部３０によってリファレンス部材５０の位置に対する第１撮像部３０の光軸３０ａの位置を検出する。第１撮像部３０による検出データは記憶部６４に格納される。
リファレンス部材５０は、第１撮像部３０及び第２撮像部４０によって検出可能な少なくとも１つのマーク（識別部）を有している。リファレンス部材５０は、例えばガラスなどの光透過性材料から形成されている。図４に示す例では、リファレンス部材５０は、ベース５２及びカバー５６を有し、ベース５２は光路長補正部の一例である。ベース５２及びカバー５６は、略板状に形成されている。ベース５２には開口穴が形成され、その開口穴の内部にＺ軸方向に対して傾斜したテーパ面５４が形成され、このテーパ面５４が第１撮像部３０によって検出される第１マークとなる。またカバー５６には例えば蒸着やスパッタなどで金属膜５８が形成され、この金属膜５８が第２撮像部４０によって検出される第２マークとなる。第２マークである金属膜５８は、カバー５６の下面側に形成されるため、金属膜５８への異物等の付着が防止される。また、図４に示す例では、リファレンス部材５０の第１マークであるテーパ面５４で囲まれた開口底部（カバー５６）に、第２マークである金属膜５８が形成されている。このように、第１マーク及び第２マークは互いに近接して設けられることによりリファレンス部材５０そのものが輻射熱等によって熱膨張した場合であっても、マーク間の距離の変化を実質的に無視することができる。あるいは、リファレンス部材５０に形成された１つのマークを、第１撮像部３０及び第２撮像部４０の両方の検出に用いてもよい。なお、第１及び第２マークの構成は、対応する撮像部によって検出することができれば、上記態様に限定されるものではない。例えば、第２マークは、金属膜に限らず、ベース５２に描いたケガキ線又はペイントなどであってもよいし、あるいは穴であってもよい。また、リファレンス部材５０は、ベース５２及びカバー５６の別体として構成されるものに限られず、両者が一体的に形成されていてもよい。
このようなリファレンス部材５０のテーパ面５４の位置を、第１撮像部３０によって検出する。テーパ面５４は、第１撮像部３０のＺ軸方向の光軸に対して傾斜しているため、第１撮像部３０のＺ軸方向におけるフォーカス位置が変更されたとしても、第１撮像部３０によってリファレンス部材５０の位置を検出することが可能である。特に、スタック構造の半導体装置においては、第１撮像部３０におけるＺ軸方向のフォーカス位置を変更させることが頻繁に行われることから、本実施形態を適用すると効果的である。
こうして、図５に示すように、リファレンス部材５０の位置（例えばテーパ面５４のリングの中心）に対する第１撮像部３０の光軸３０ａの位置を検出する。ここで、第１撮像部３０は、その光軸３０ａをリファレンス部材５０のテーパ面５４のリングの中心に位置合わせしてもよいが、両者の相対的な位置が検出できれば足りるため、図５に示すように、第１撮像部３０の光軸３０ａを、テーパ面５４のリングの中心とは一致しない位置に移動させてもよい。このようにして第１撮像部３０の光軸３０ａとテーパ面５４のリングの中心との距離ΔＸ１及びΔＹ１が測定される。このとき、ボンディングツール１８の軸心１８ａは、第１撮像部３０の光軸３０ａから、距離Ｘｔ及びＹｔだけオフセットした、第１撮像部３０の視野外に位置する。
次に、第２撮像部４０による検出を行う（Ｓ１２）。具体的には、まず、駆動部６２によりＸＹテーブル１２を駆動させることによって、ボンディングツール１８の軸心１８ａを、リファレンス部材５０の方向へ所定の距離Ｘｗ及びＹｗだけ移動させ、これにより、図７に示すように、ボンディングツール１８の軸心１８ａが第２撮像部４０の視野に入るように、ボンディングツール１８をリファレンス部材５０の上方に配置する。ここで、距離Ｘｗ及びＹｗは、第２撮像部４０による検出工程（Ｓ１２）前に、予め記憶部６４に格納されているものであり、具体的には、ワイヤボンディング装置１０に電源を入れたときのシステムの初期状態における測定したオフセット、又は、前回測定したオフセット（以下、これらを「前回測定のオフセット」という。）に相当するものである。仮に、ボンディングツール１８と第１撮像部３
０とのオフセットが経時的に変化しておらず、前回測定のオフセットのままであると、ボンディングツール１８をリファレンス部材５０の方向へ移動させると、ボンディングツール１８の軸心１８ａは、ボンディングツール１８の移動前の第１撮像部３０の光軸３０ａと一致することになる。しかしながら、現実には、ワイヤボンディングの処理を行い続けることに伴う様々な要因により、このオフセットは経時的に変化するため、両者は互いに一致せず、ずれて配置されることになり、オフセットの変化がもたらされることになる。
図６は、第２撮像部４０による検出態様を示したものである。ボンディングツール１８を、Ｚ軸方向に沿って下降させることによってリファレンス部材５０の上方に配置した後、第２撮像部４０によって、リファレンス部材５０の第２マークとしての金属膜５８の位置と、ボンディングツール１８の軸心１８ａであるボール状先端部２２の位置を検出する。すなわち、第２撮像部４０によってリファレンス部材５０の位置に対するボンディングツール１８の軸心１８ａの位置を検出する。第２撮像部４０による検出データは記憶部６４に格納される。
第２撮像部４０は、リファレンス部材５０の金属膜５８と、ボンディングツール１８の軸心であるボール状先端部２２とのうち、少なくとも一方にフォーカス位置が合うように構成される。ボンディングツール１８のボール状先端部２２の高さＺ２が、リファレンス部材５０の金属膜５８の高さＺ１よりも、第２撮像部４０から離れたＺ軸方向の上方に配置されている場合、両者を検出する光路が同じ媒質中を通った場合、一方にフォーカス位置を合わせようとすると他方がずれることになる。そこで、本実施形態では、ボンディングツール１８のボール状先端部２２の位置を、リファレンス部材５０の光路長補正部であるベース５２を介して検出し、これにより高さが異なることに伴うフォーカス位置ずれを補正する。例えば図６に示すように、第２撮像部４０から金属膜５８への光路が大気中を通過する一方で、第２撮像部４０からボール状先端部２２への光路が厚さａ１のガラス（光学補正部の媒質の屈折率ｎ）からなるベース５２を通過する場合、フォーカス位置ずれ量Δは、Δ≒ａ（１−１／ｎ）となり、このフォーカスずれ量を適宜調整することによって高さずれを補正し、リファレンス部材５０の位置に対するボンディングツール１８の軸心１８ａの位置を同時検出することができる。こうして、図７に示すように、ボンディングツール１８の軸心１８ａとリファレンス部材５０の第２マークとしての金属膜５８との距離ΔＸ２及びΔＹ２が測定される。
次に、第１撮像部３０及び第２撮像部４０の各検出結果に基づいて、測定部６６により、ボンディングツール１８の軸心１８ａと、第１撮像部３０の光軸３０ａとの間のオフセットの変化を測定する（Ｓ１３）。ここで、オフセットの変化（ΔＸ及びΔＹ）は、記憶部６４に記憶した前回測定のオフセット（Ｘｗ及びＹｗ）と、現実のオフセット（Ｘｔ及びＹｔ）とに対して以下の関係を有している。
Ｘｔ＝Ｘｗ＋ΔＸ Ｙｔ＝Ｙｗ＋ΔＹ
そして、ΔＸ及びΔＹは、第１撮像部３０による測定（ΔＸ１及びΔＹ１）と、第２撮像部４０による測定（ΔＸ２及びΔＹ２）とに対して以下の関係を有している。
ΔＸ＝ΔＸ１−ΔＸ２ ΔＹ＝ΔＹ１−ΔＹ２
このようにして、測定部６６によってオフセットの変化を測定した後、当該オフセットの変化を補正する（Ｓ１４）。具体的には、記憶部６４に記憶された前回測定のオフセットのデータを、当該オフセットの変化を考慮した現実のオフセットのデータに補正する。こうして、ボンディングツール１８と第１撮像部３０との間のオフセットを正確かつ容易に測定及び補正することができる。そして、測定したオフセットの変化をフィードバックし、正確なオフセット値に基づいて、ボンディング対象１００にワイヤボンディングを行う（Ｓ１５）。なお、このような一連のオフセットの測定及び補正工程は、ワイヤボンディング工程における一定のサイクルにおいて繰り返し行われ、製造工程中に生じ得るオフセットの経時的な変化に適切に対応することができる。
上記オフセットの変化の測定工程（Ｓ１３）において、第２撮像部４０でオフセットの変化を測定する際に、ボンディングツール１８の外形に対するボール状先端部２２の中心の相対的な位置を把握するために、図８に示すように、基準面Ｓに対してＺ軸下方側に配置した照射部８０，８２からのレーザスリット光８４，８６を、ボンディングツール１８のボール状先端部２２に照射してもよい。照射部８０，８２は、第２撮像部４０に対して一体的に移動可能であってもよいし、固定であってもよい。いずれにしても照射部８０，８２は、前回測定のオフセットである距離Ｘｗ及びＹｗだけ移動した後の、ボンディングツール１８のボール状先端部２２に向けてスリット光８４，８６を照射する。ワイヤボンディング装置１０において、下方側から物体を撮像した場合、ボンディングツール１８の外形やボール状先端部２２（ＦＡＢ）が、画像として鮮明に認識できない場合があるところ、このようにスリット光８４，８６を照射することによって、光切断法によって、ボール状先端部２２上のスリット光の変化点を画像処理で検出することができる。こうして、ボンディングツール１８の外形に対するボール状先端部２２の中心の相対的位置も把握可能となり、オフセットの変化をさらに容易かつ正確に測定することができる。
さらに詳述すると、仮にオフセットの変化がゼロである場合、図９（Ａ）に示されるように、Ｘ軸方向のスリット光８４ａと、Ｙ軸方向のスリット光８６ａとの交点は、ボール状先端部２２（又はボンディングツール１８の下端部側の端面）のＺ軸方向の軸心と一致する。これに対して、オフセットの変化が発生している場合、図９（Ｂ）に示されるように、Ｘ軸方向のスリット光８４ｂと、Ｙ軸方向のスリット光８６ｂとの交点は、ボール状先端部２２（又はボンディングツール１８の下端部側の端面）のＺ軸方向の軸心とは一致せずにずれて配置される。しかし、この場合においても、第２撮像部４０によって、ボンディングツール１８の下端側端面の外縁、及び、ボール状先端部２２の外縁による各スリットの変化点を認識することができ、これによって、ボール状先端部２２の軸心（Ｘａ，Ｙａ）及びボンディングツール１８の軸心（Ｘｂ，Ｙｂ）の位置を検出することができる。これにより、オフセットの変化をさらに容易かつ正確に測定することができる。
また、オフセットの変化を測定した後、ボンディングツール１８の軸心１８ａを正確な位置に移動させ（すなわち、ΔＸ及びΔＹだけ移動させ）、その後、さらにボンディングツール１８のボール状先端部２２にスリット光８４ｃ，８６ｃを照射し、第２撮像部４０によって、各スリット光に基づいてボール状先端部２２の径及び形状を測定してもよい。例えば、ボール状先端部２２の外縁によるスリット光８６ｃの変化点の間の距離Ａを測定し、これによりボール状先端部２２の径を検出してもよい。また、例えば、ボール状先端部２２の球面の頂点までの距離Ｂを測定し、これによりボール状先端部２２の形状（すなわち、変形度合）を検出してもよい。
上記第２撮像部４０による検出工程（Ｓ１２）において、測定部６６は、ボール状先端部２２の酸化レベルを測定することができる。特にワイヤ２０が銅からなる場合、ボール状先端部２２が酸化する場合があり、ボール状先端部２２が酸化するとワイヤの色が変化する。したがって、ボール状先端部２２の色の変化、すなわち、特定波長におけるボール状先端部２２の反射率の変化を、第２撮像部４０によって検出することによって、ボール状先端部２２の酸化レベルを測定することができる。
この場合、第２撮像部４０は、モノクロカメラを用いて、ＬＥＤ又はカラーフィルタ等によって照明を赤、緑、青などに切り替え複数回撮像してもよいし、あるいは、カラーカメラを用いて撮像してもよい。また、ワイヤボンディング装置１０において、下方側から物体を撮像した場合、ボール状先端部２２（ＦＡＢ）の位置が第２撮像部４０のフォーカス位置９０と一致せずにずれている場合があるが、この場合は、第２撮像部４０に対してボンディングツール１８のボール状先端部２２がフォーカス位置９０に一致するよう、ボンディングツール１８をＺ軸方向に沿って上下方向に移動させることによって、第２撮像部４０によってボール状先端部２２の画像情報を取得することができる。図１１に示す例では、フォーカス位置９０に対するボンディングツール１８のＺ軸方向の位置を３パターン示しており、それぞれ、対応する第２撮像部４０の画像情報９２，９４，９６を示している。画像情報９２，９４，９６において、黒塗りで示す部分が、フォーカス位置９０に対応しており、このようにボンディングツール１８を移動させ、当該移動に伴うボール状先端部２２の変化を検出することにより、最終的に、画像情報９６によってボール状先端部２２を認識することができる。
なお、このようにしてボール状先端部２２の酸化レベルを測定し、測定した酸化レベルが一定の閾値を越えた場合、ボンディングパラメータ（例えば、ボール状先端部２２の加熱温度や還元ガスの流量設定など）を変更することにより、ワイヤボンディング工程中にその制御をフィードバックさせることができる。
以上のとおり、本実施形態によれば、基準面Ｓに対してボンディングツール１８及び第１撮像部３０とは反対側に配置された第２撮像部４０によって、リファレンス部材５０の位置を検出するとともに、ワイヤ２０のボール状先端部２２の位置を検出する。第２撮像部４０によってボール状先端部２２の位置を検出することから、例えばボンディングツール１８に付着した異物等によって位置検出が妨げられることがなく、また、消耗品であるボンディングツール１８の変形による精度低下の問題もない上、ボンディングツール１８のＸＹ軸方向の位置を少ない工程で検出することができる。また、第２撮像部４０によって、リファレンス部材５０の位置に対するボール状先端部２２の位置をより簡易（例えば１度の検出で同時）に測定することができる。よって、ワイヤボンディングのためのオフセットを簡易かつ正確に測定することができる。
また、ワイヤ２０のボール状先端部２２を、基準面Ｓに対して反対側（すなわちＺ軸方向の下方側）から検出するため、仮に、ボール状先端部２２が小さすぎてボンディングツール１８の下方側端面から突出されていない場合であっても、ボール状先端部２２を容易に検出することができる。しかも、第２撮像部４０によって、ボール状先端部２２の径や形状、あるいは、その酸化レベルまでも検出及び測定することができることから、さらに高精度かつ接合性の高いワイヤボンディングを行うことができる。
本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。図１２、図１３、図１４（Ａ）及び（Ｂ）並びに図１５は、リファレンス部材の各変形例を示す図である。以下、上記実施形態とは異なる点について説明する。
図１２に示す変形例では、リファレンス部材１５０は、ベース１５２及びカバー１５６を有しており、第２マークである金属膜１５８が、第１マークであるテーパ面１５４で囲まれた範囲の外側に形成されている。このような態様であっても、第１マーク及び第２マークを互いに近接して設けることができる。また、カバー１５６は、光路長補正部の一例であるベース１５２上に至るように延出しており、第２撮像部からボール状先端部２２への光路は、ベース１５２及びカバー１５６を合わせた厚さａ２を通過するように構成されている。
図１３に示す変形例では、リファレンス部材２５０は、円錐形状又は角錐形状などのベース２５２を有し、ベース２５２の外壁側面が第１マークであるテーパ面２５４として形成され、また、ベ
ース２５２の外縁２５８（ベース２５２の上面の辺又は頂点）は第２マークとして機能する。第２撮像部からのボール状先端部２２への光路は、ベース２５２の略中央部の厚さａ３を通過するように構成されている。なお、第１マークであるテーパ面２５４は、図示するように、ベース２５２の下面がその上面に比べて面積が小さくなる向きの順テーパであってもよいし、あるいはそれとは反対の逆テーパであってもよい。
図１４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第１マークについても様々な構成を採用することができる。図１４（Ａ）に示す変形例では、リファレンス部材３５０は、ベース３５２を有し、ベース３５２には開口穴が形成され、この開口穴の内部に逆テーパであるテーパ面３５４が形成されている。テーパ面３５４は、Ｚ軸方向の下方側に開口穴が広くなる向きに傾斜している。あるいは、第１マークはテーパ面に限定されるものではなく、図１４（Ｂ）に示すように、段差４５４であってもよい。図１４（Ｂ）に示す変形例では、リファレンス部材４５０はベース４５２を有し、ベース４５２には開口穴が形成され、この開口穴の内部に段差４５４が形成されている。段差４５４は、Ｚ軸方向に平行な第１面４５４ａと、Ｚ軸方向に交差する（例えば直交する）第２面４５４ｂとを有し、複数の第２面４５４ｂが設けられることによって、第１撮像部３０のＺ軸方向における異なるフォーカス位置に対応することができるようになっている。
上記実施形態においては、光路長補正部を有するリファレンス部材を介してボンディングツール１９の軸心を検出する態様を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、図１５の変形例に示すように、第２撮像部４０は、リファレンス部材５５０（光路長補正部）を介さずにボンディングツール１８のボール状先端部２２の位置を検出してもよい。ここで、リファレンス部材５５０は、ベース５５２及びカバー５５６を有しており、第２マークである金属膜５５８が、第１マークであるテーパ面５５４で囲まれた範囲の外側に形成されている。第２撮像部４０は、リファレンス部材５５０を介さずにボンディングツール１８のボール状先端部２２の位置を検出するとともに、第２マークである金属膜５５８の位置を検出する。この場合、駆動部６２によりボンディングツール１８をＺ軸方向に駆動させることによって、ボンディングツール１８を第２撮像部４０によるフォーカス位置である高さＺ３まで下降させ、ボール状先端部２２とリファレンス部材５５０の金属膜５５８とを同一高さＺ３に位置合わせした状態で、第２撮像部４０による検出工程を行ってもよい。これによれば、リファレンス部材の構成をより簡易にすることができる。また、ワイヤボンディング装置１０ではボンディングツール１８のＺ軸駆動は容易であるため、簡単にフォーカス位置合わせを行うことができる。
上記発明の実施形態を通じて説明された実施の態様は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせ又は変更若しくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
１０…ワイヤボンディング装置、１８…ボンディングツール、２０…ワイヤ、２２…ボール状先端部、３０…第１撮像部、４０…第２撮像部、５０…リファレンス部材、５４…テーパ面（第１マーク）、５８…金属膜（第２マーク）、６０…制御部、８０，８２…照射部、８４，８６…スリット光

Claims (14)

  1. 基準面上のボンディング対象の位置を検出する第１撮像部と、 前記第１撮像部から離間して設けられたボンディングツールと、 前記ボンディングツール及び前記第１撮像部を前記基準面に平行な方向に一体的に移動させる移動機構と、 リファレンス部材と、 前記基準面に対して前記ボンディングツール及び前記第１撮像部とは反対側に配置された第２撮像部と、 前記ボンディングツールと前記第１撮像部との間のオフセットを測定する制御部と、を備え、 前記ボンディングツールには、ワイヤが挿通され、当該ワイヤのボール状先端部が延出されており、 前記第１撮像部は、前記リファレンス部材の位置に対する前記第１撮像部の光軸の位置を検出し、 前記第２撮像部は、予め記憶されたオフセット値に従って前記ボンディングツールを前記リファレンス部材の上方に移動させたとき、前記リファレンス部材の位置を検出するとともに、前記ワイヤの前記ボール状先端部の位置を検出し、 前記制御部は、前記第１撮像部及び前記第２撮像部による各検出結果に基づいて、前記ボンディングツールと前記第１撮像部との間のオフセットの変化を測定し、 前記リファレンス部材は、前記第１撮像部によって検出される第１マークと、前記第２撮像部によって検出される第２マークとを有する、 ワイヤボンディング装置。
  2. 前記第１マークは、前記リファレンス部材のテーパ面である、請求項１記載のワイヤボンディング装置。
  3. 前記第１マークは、前記リファレンス部材の段差である、請求項１記載のワイヤボンディング装置。
  4. 前記リファレンス部材は、前記テーパ面によって囲まれた開口底部を有し、 前記第２マークは、前記開口底部に形成された、請求項２に記載のワイヤボンディング装置。
  5. 前記リファレンス部材は、前記段差によって囲まれた開口底部を有し、 前記第２マークは、前記開口底部に形成された、請求項３に記載のワイヤボンディング装置。
  6. 前記ワイヤの前記ボール状先端部に、前記ボンディングツールとは反対側から、前記基準面に平行なＸＹ軸方向の各スリット光を照射する照射部をさらに含み、 前記制御部は、前記ＸＹ軸方向の各スリット光に基づいて、前記ボンディングツールと前記第１撮像部との間のオフセットの変化を測定する、請求項１から５のいずれか一項に記載のワイヤボンディング装置。
  7. 前記制御部は、前記ボンディングツールから延出した前記ワイヤの前記ボール状先端部の径及び形状の少なくとも１つを測定する、請求項６記載のワイヤボンディング装置。
  8. 前記リファレンス部材は、光路長補正部を有し、 前記第２撮像部は、前記リファレンス部材の前記光路長補正部を介して前記ワイヤの前記ボール状先端部の位置を検出する、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のワイヤボンディング装置。
  9. 前記制御部は、測定した前記オフセットの変化をフィードバックし、次のワイヤボンディングに反映させる、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のワイヤボンディング装置。
  10. 前記予め記憶されたオフセット値は、前記制御部によって前回測定したオフセット値である、請求項９記載のワイヤボンディング装置。
  11. 前記制御部は、前記第２撮像部の検出結果に基づいて前記ワイヤの前記ボール状先端部の酸化レベルを測定する、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のワイヤボンディング装置。
  12. 前記制御部は、測定した前記酸化レベルが高い場合、ボンディングパラメータにフィードバックし、次のワイヤボンディングに反映させる、請求項１１記載のワイヤボンディング装置。
  13. 前記第２撮像部は、前記ボンディングツールを前記基準面に対して垂直方向に移動したときの、前記ワイヤの前記ボール状先端部の移動に伴う変化を検出する、請求項１１記載のワイヤボンディング装置。
  14. 基準面上のボンディング対象の位置をワイヤボンディングする方法であって、 ワイヤボンディング装置を準備する工程であって、基準面上のボンディング対象の位置を検出する第１撮像部と、前記第１撮像部から離間して設けられたボンディングツールと、前記ボンディングツール及び前記第１撮像部を前記基準面に平行な方向に一体的に移動させる移動機構と、前記基準面に対して前記ボンディングツール及び前記第１撮像部とは反対側に配置された第２撮像部と、前記第１撮像部によって検出される第１マーク及び前記第２撮像部によって検出される第２マークとを有するリファレンス部材と、前記ボンディングツールと前記第１撮像部との間のオフセットを測定する制御部とを備える、ワイヤボンディング装置を準備する工程と、 前記ボンディングツールから延出されたワイヤにボール状先端部を形成する工程と、 前記第１撮像部を前記リファレンス部材の上方に移動させた後、前記第１撮像部によって前記リファレンス部材の位置に対する前記第１撮像部の光軸の位置を検出する第１検出工程と、 予め記憶されたオフセット値に従って前記ボンディングツールを前記リファレンス部材の上方に移動させた後、前記第２撮像部によって、前記リファレンス部材の位置を検出するとともに、前記ワイヤの前記ボール状先端部の位置を検出する第２検出工程と、 前記第１及び第２検出工程の各検出結果に基づいて、前記ボンディングツールと前記第１撮像部との間のオフセットの変化を測定する工程と、
    を含む、ワイヤボンディング方法。
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