JPH07208951A - ワイヤボンディング検査方法及びワイヤボンディング検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ワイヤボンディング後のワイヤの形状、位置
ずれを高精度に測定することのできるワイヤボンディン
グ検査方法及びワイヤボンディング検査装置を得るこ
と。 【構成】 搬送装置によりワイヤボンディング後の半導
体チップを所定位置に搬送固定し、該半導体チップを照
明手段からの光束で照明し、該半導体チップの画像情報
を位置調整可能なステージに設けた撮像装置より得て、
該画像情報より画像処理装置で該半導体チップのファー
ストボンド部及びセカンドボンド部の検査をする際、該
撮像装置によりボール部及びクレセント部に形成された
キャピラリ打痕を同時に撮像し、該画像処理装置は該撮
像装置で得られた画像情報より、これらのキャピラリ打
痕の中心位置を測定し、これよりワイヤボンディング後
のワイヤの形状、位置ずれを検出していること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はワイヤボンディング検査
方法及びワイヤボンディング検査装置に関し、特にワイ
ヤボンディング後のワイヤの形状・位置ずれ等を自動測
定し、装置の座標設定データを自動修正し、高精度な検
出を可能としたものである。

【０００２】

【従来の技術】最近のＩＣ・ＬＳＩといった半導体素子
の製品は集積化が年々進んでいる。

【０００３】特に、半導体回路自体の製造工程、所謂前
工程においては、自動化技術が大幅に取り入れられ、工
程内での無人化が進んでいる。

【０００４】一方、後工程であるワイヤボンディング工
程にあってもワイヤボンダの自動化が図られている。こ
れに対し、その検査にあっては現在では専ら目視検査に
頼っている。

【０００５】例えば特開平４−２５９８０７号公報では
ボンディングワイヤの３次元的な画像データを得て、こ
れよりボンディングワイヤの外観を目視検査するように
した線状物検査用画像入力装置が提案されている。

【０００６】同公報では一対のカメラで得られた画像デ
ータをオペレータが解析してワイヤボンダの設定値の狂
いを修正しながら製造を続けるという手順を踏んでい
る。

【０００７】図６は従来のワイヤボンディング検査装置
の要部概略図である。同図において１３はリング照明
部、１４は落射照明部であり、各々照明制御装置２２に
より選択的に半導体チップ１を照明している。１５は撮
像装置であり、半導体チップ１を撮像している。各要素
１３，１４，１５は撮像手段１５ａを構成している。１
１はＸＹＺステージであり、ステージ制御装置２４から
の信号に基づいて撮像手段１５ａを駆動している。

【０００８】被測定物である半導体チップ１は搬送制御
装置２１からの信号に基づいて搬送装置１２によって検
査領域に搬送されている。然る後に、撮像装置１５をフ
ァーストボンド部（例えば以下「ボール部」と呼ぶ）の
存在する位置まで移動し、焦点を合わせた上でボール部
の画像を取り込む。

【０００９】このときの画像は例えば図２に示すよう
に、ボール３及び電極パッド４が混在しているが、画像
処理装置２３によりボール部のみの外形寸法及び中心座
標を算出している。

【００１０】続いて撮像装置１５をセカンドボンド部
（例えば以下「クレセント部」と呼ぶ）の存在する位置
に移動し、ボール部と同様にクレセント部の画像を取り
込んでいる。

【００１１】図５はこのときのクレセント部取り込み画
像の説明図である。図５において２はワイヤ、６はクレ
セント、７はキャピラリ打痕、８はリードである。

【００１２】クレセント部の測定では図５におけるクレ
セント６の幅・長さ及び中心座標を画像処理装置２３を
用いて算出している。更にワイヤ部２の曲がり・間隔・
高さ等の測定を順次、画像処理等の手段を用いて行って
いる。

【００１３】以上によって得られた測定結果と、前もっ
て入力された基準値とを中央処理装置３１によって比較
し、ボンディング状態の良否判定を行っている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図３はボール部成形時
の要部断面図である。同図においてボール３はキャピラ
リ５によって半導体チップ１上に金ワイヤ末端の球状部
分が押し付けられることによって形成されている。この
とき、キャピラリ５の穴径はワイヤ２の径よりも大き
い。このためにキャピラリ５の中心とワイヤ２の中心は
数μｍのズレを生じている。更にボール３はワイヤ２に
対して偏心しているために、結果としてボール３の中心
とキャピラリ５の中心では数十μｍのズレを生じてくる
という問題点がある。

【００１５】また、クレセント部においても図５に示す
ようにクレセント６の中心座標とキャピラリ打痕７の中
心ではキャピラリ５の外径の半分以上のズレが生じてし
まう。

【００１６】一方、ワイヤボンダにおいてはボンディン
グ座標の制御は、全てキャピラリ５の軌跡を制御するこ
とによって行われている。従って従来のワイヤボンディ
ング検査装置によって算出された位置座標に基づいてワ
イヤボンダの位置座標データの補正を直接且つ精度良く
行うことが大変難しいという問題点があった。

【００１７】本発明は、ワイヤボンディング後の半導体
チップの外観検査を作業者に頼ることなく自動的及び高
速に且つ連続的に高精度に行うことができるワイヤボン
ディング検査方法及びワイヤボンディング検査装置の提
供を目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】

（１−１）本発明のワイヤボンディング検査方法は、搬
送装置によりワイヤボンディング後の半導体チップを所
定位置に搬送固定し、該半導体チップを照明手段からの
光束で照明し、該半導体チップの画像情報を位置調整可
能なステージに設けた撮像装置より得て、該画像情報よ
り画像処理装置で該半導体チップのファーストボンド部
及びセカンドボンド部の検査をする際、該撮像装置によ
りボール部及びクレセント部に形成されたキャピラリ打
痕を同時に撮像し、該画像処理装置は該撮像装置で得ら
れた画像情報より、これらのキャピラリ打痕の中心位置
を測定し、これよりワイヤボンディング後のワイヤの形
状、位置ずれを検出していることを特徴としている。

【００１９】特に、中央処理装置により前記画像処理装
置によって得たボール部及びクレセント部側のキャピラ
リ打痕の中心位置座標と該ワイヤボンダに記憶したボン
ディング座標とのずれ量を算出して該ワイヤボンダに記
憶したボンディング座標を自動修正していることを特徴
としている。

【００２０】（１−２）本発明のワイヤボンディング検
査装置は、ワイヤボンディング後の半導体チップを搬送
固定する搬送装置、該半導体チップを照明する照明装
置、該半導体チップの画像情報を得る為にＸＹＺ方向に
移動可能で該半導体チップのファーストボンド部及びセ
カンドボンド部におけるボール部若しくはクレセント部
に形成されたキャピラリ打痕を同時に撮像する撮像装
置、該撮像装置で得た画像情報より、これらのキャピラ
リ打痕の位置、寸法情報よりその中心位置を求める画像
処理装置、そしてワイヤボンダに記憶されたボンディン
グ座標と該画像処理装置で得られたキャピラリ打痕の中
心位置座標とのずれ量を算出し、該ワイヤボンドに記憶
したボンディング座標を自動修正する中央処理装置とを
用いてボンディング後のワイヤの形状、位置ずれを自動
測定していることを特徴としている。

【００２１】

【実施例】図１は本発明の実施例１の要部概略図であ
る。

【００２２】同図において１は被検物であるワイヤボン
ディング後の半導体チップである。１３は半導体チップ
１を照明するためのリング照明装置、１４は半導体チッ
プ１を照明するための落射照明装置、１５は半導体チッ
プ１の画像を取り込むための撮像装置、１１はＸＹＺス
テージであり、撮像装置１５を半導体チップ１に対し相
対的に位置決めしている。１２は搬送装置であり、被検
物１を搬送固定している。２３は画像処理装置であり、
撮像装置１５より取り込まれた画像信号を解析してい
る。

【００２３】２１は搬送制御装置であり、搬送装置１２
を駆動制御している。２２は照明制御装置であり、リン
グ照明装置１３と落射照明装置１４を駆動制御して半導
体チップ１をリング照明又は落射照明している。２４は
ステージ制御装置であり、ＸＹＺステージ１１を駆動制
御している。３２はワイヤボンダであり、接続すべきボ
ンド部とクレセント部の位置座標を外部より入力してい
る。３１は中央処理装置であり、被検物１の良否を判定
し、ワイヤボンダ３２のデータを修正している。３３は
外部入力装置である。

【００２４】一般にボール部はその形成の際に図３に示
すようにキャピラリ５の先端部によって半導体チップ１
の上に押しつけられ、ボール部上面にはリング状の平面
部（又は凹面部）（所謂キャピラリ打痕）ができる。又
クレセント部の形成に当たっても図５に示すようにリー
ド８上にキャピラリ打痕７ができる。

【００２５】本実施例では、ボール部とクレセント部に
形成されたキャピラリ打痕を撮像装置１５により同時に
同一画面内で撮像するように各要素を設定している。そ
して撮像装置１５で得られた画像情報を用いて画像処理
装置により、これらのキャピラリ打痕の中心位置を求め
ている。

【００２６】即ちボール測定時においては、ボール部の
位置・外形寸法を測定した後にボール上に形成されたキ
ャピラリ打痕を画像処理によって抽出・解析し、該キャ
ピラリ打痕の中心位置座標を算出することによってボン
ディング時のキャピラリの実際の位置を検出するように
している。

【００２７】又同様に、クレセント部の形成に当たって
も図５に示すようにリード８上にキャピラリ打痕７がで
きるため、クレセント部６の測定に際してもクレセント
部の位置・外形寸法を測定した後に、該キャピラリ打痕
７の中心位置座標を画像処理によって抽出・解析して、
該キャピラリ打痕の中心位置座標を算出し、ボンディン
グ時のキャピラリの実際の位置を検出するようにしてい
る。

【００２８】このようにボール部とクレセント部のキャ
ピラリ打痕の中心位置座標を画像処理により同時に計測
することによって計測時間の短縮化を図っている。

【００２９】本実施例では以上の処理によって得られた
座標と、例えば電極パッド４の中心座標のように本来ボ
ンディングがなされているべき基準座標とのずれ量を算
出し、このずれ量を補正値として、ワイヤボンダに記憶
されているボンディング座標を自動的に補正している。

【００３０】次に本実施例の測定の手順を図１及び図７
のフローチャートをもとに説明する。

【００３１】はじめに予め記憶済の測定条件を選択（ス
テップＳＴ１１）した後で被検物である半導体チップ１
の搭載されたリードフレームを搬送装置１２上にセット
する（ステップＳＴ１２）。

【００３２】続いて外部入力装置３３からの指令又はワ
イヤボンダ３２から測定開始の信号が中央処理装置３１
に入力されると（ステップＳＴ１３）、被検物であるワ
イヤボンディング後の半導体チップ１は搬送装置１２に
よって検査領域に運ばれ（ステップＳＴ２１）、固定さ
れる。

【００３３】続いてリング照明装置１３又は落射照明装
置１４によって半導体チップ１上を照射し（ステップＳ
Ｔ２２）、撮像装置１５を予め設定された位置に移動し
てフォーカスを合わせた後に少なくとも２か所以上の
「位置決めマーク」の画像を取り込み、半導体チップ１
の回転方向をも含む位置決めエラーを補正する。

【００３４】更には半導体チップ１上の少なくとも３か
所以上のポイントにおいて、オートフォーカスをかけそ
の時の高さをもとにして３次元方向のチルト成分につい
ても補正を行う（ステップＳＴ２３）。なおここでは半
導体チップ１を固定した後に照明装置を点灯したが、点
灯のタイミングは画像の取り込みの前であればいつでも
良い。

【００３５】次に撮像装置１５を検査対象であるボンデ
ィングワイヤの１本目のボール部及びクレセント部が同
一画面内に入るかどうかを中央処理装置３１にて判断
し、同一画面内に入るように撮像装置１５を移動させ
（ステップＳＴ３１）、停止位置での画像を取り込む
（ステップＳＴ３２）。

【００３６】このとき撮像装置１５の倍率が固定の場合
は同一画面に入り切らない場合が発生するため、２画面
以上に分割して画像を取り込むこととなるが、本実施例
ではズームレンズ等の図示しない倍率変更装置を用いて
画像取り込み装置の撮像可能範囲を変化せしめ、ボール
部及びクレセント部を同一画面内に取り込んでいる。た
だし画像の取り込みにあっては測定する項目によって照
明条件を変化させる必要があるため、上記画像取り込み
位置ごとに１画像のみ取り込むとは限らない。

【００３７】以上によって得られた画像を画像処理装置
２３を用いて処理し、更に中央処理装置３１にて演算処
理を加えて測定を行う。

【００３８】まずボール部３に注目して落射照明を受け
た時のボール部を考えると撮像装置には図２と図５に示
されるような画像がワイヤで接続された状態で入力され
る。この画像を画像処理装置２３に取り込み、画像の中
から半導体チップ１上の配線パターン等の画像を消し去
り、ボール部３のみを抽出・計測し、更にはステージ制
御装置２４からステージの位置座標を呼び出し、該ボー
ル部３の位置座標を中央処理装置３１によって算出する
（ステップＳＴ３３）。

【００３９】ここでボール部３の成形時の状態について
説明すると、前述したようにボール部３はその形成の際
に図３に示すようにキャピラリ５の先端部によって半導
体チップ１の上に押しつけられ、ボール部３の上面には
リング状の平面部（又は凹面部）ができる。

【００４０】従ってボール部３に対する照明を落射照明
のみとした場合、又は照明光の垂直成分を強くした場
合、該平面部からの反射光によって図４に示すようにリ
ング状の明部９が現れる。この画像を再び画像処理装置
２３内に取り込んでリング部９のみをボール部３と同様
にして抽出・計測し中心座標を算出する（ステップＳＴ
３４）。

【００４１】図５にクレセント部６の取り込み画像を示
すが、クレセント部６においても前記のボール部３と同
様に、キャピラリ打痕７が形成されているため、クレセ
ント部６に対する照明を落射照明のみとした場合、リン
グ状の明部が画像内に現れる。この画像を取り込んだ上
でリング部のみをボール部３と同様にして抽出・計測
し、その中心座標をボール部３と並列あるいは同時処理
にて算出する（ステップＳＴ３３）。

【００４２】更にステップＳＴ３２においてボール部３
及びクレセント部６が同一画面内に入っているというこ
とは、とりもなおさずワイヤ部もすべて同一画面内に入
っていることを意味する。ワイヤ部の測定項目及び測定
方法については例えば特開平５−１８７２２号公報等に
測定方法が記載されているためここでは省略するが、本
実施例によればワイヤ部にあっても撮像装置を移動させ
ることなく、照明条件のみを変更（ステップＳＴ３５）
したうえでワイヤ部の画像を取り込み、画像処理装置２
３及び中央処理装置３１による処理のみによって測定を
実行（ステップＳＴ３６）している。

【００４３】以上に説明したステップＳＴ３１〜ＳＴ３
６は半導体チップ１のすべての検査対象ワイヤについて
自動的に繰り返され、得られた測定結果は予め中央処理
装置３１内に設定されている基準値と比較されて良否判
定が行われる（ステップＳＴ４１）。

【００４４】一般的に１枚のリードフレーム上には複数
の半導体チップが搭載されているので、次に半導体チッ
プを測定する必要がある場合はステップＳＴ２１〜ＳＴ
４１までの一連の処理を繰り返すこととなる。

【００４５】然る後に中央処理装置３１は該半導体チッ
プ１のワイヤボンディング加工を行ったワイヤボンダ３
２から該ワイヤボンダ１に記憶されているボンディング
座標を、通信手段３４を介して入力する。このボンディ
ング座標に対しステップＳＴ４１において計算されたず
れ量を補正量として演算し、この補正後の値を新しいボ
ンディング座標として、ワイヤボンダに通信手段３４を
介して転送し、記憶させ（ステップＳＴ５１）、次回の
ワイヤボンディングに備える。

【００４６】最後に検査を終了したリードフレームを搬
送装置１２によって検査領域から排出し（ステップＳＴ
５２）、全ての処理を終了する。

【００４７】このように本実施例ではボール部とクレセ
ント部の計測を同時に行い、計測時間の短縮化を図って
いる。

【００４８】尚、本実施例においては次のような手順の
一部変更が可能である。

【００４９】（２−１）ボール部の計測とクレセント部
の計測を個々に行い、ボール部の計測結果とクレセント
部の計測結果を各々画像処理装置にメモリした後にこれ
らのキャピラリの中心座標をソフトウエアによって算出
するようにしても良い。

【００５０】（２−２）実施例１では、撮像装置１５に
よって得られた画像には検査対象であるボール部，クレ
セント部そしてワイヤ部は１本のみが存在している場合
について説明したが、一般的には隣接するボール部，ク
レセント部そしてワイヤ部が同一画面内に捕らえられる
場合が多い。

【００５１】従って図７のステップＳＴ３１において撮
像装置１５の位置を決定する場合、検査対象であるボー
ル部，クレセント部そしてワイヤ部の座標を中央処理装
置３１内で全て確認した上で同一画面内に捕らえられる
ボール部，クレセント部そしてワイヤ数が最大になるよ
うな座標を算出し、撮像装置１５の位置を決定する。

【００５２】更にこのようにして得られた画像内のボー
ル部，クレセント部そしてワイヤ部に対する測定は画像
処理装置２３での処理を並列化するようにしても良い。
これによれば高速化・効率化を測ることが可能となる。

【００５３】（２−３）図７のステップＳＴ３４・ＳＴ
３５では図４及び図５におけるボール３上又はリードフ
レーム８上に形成されたキャピラリ打痕７の形状をリン
グ状であると記載したが、ワイヤボンダのボンディング
条件の設定によってはリングが１／４〜１／２程度、部
分的に形成されない、又は認識できない場合が生じる。

【００５４】このような場合、前もってキャピラリの径
を中央処理装置３１又は画像処理装置２３に登録してお
くことによって取り込んだ画像の中から該キャピラリ径
に該当する円形状の図形を選択し、その図形の中心座標
を求めるといったアルゴリズムを併用しても良い。これ
によれば精度を向上させることができる。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することにより、ワイヤボンディング後の半導体チッ
プの外観検査を作業者に頼ることなく自動的及び高速に
且つ連続的に高精度に行うことができるワイヤボンディ
ング検査方法及びワイヤボンディング検査装置を達成す
ることができる。

【００５６】特に、本発明によればワイヤボンディング
後の半導体チップの外観検査を自動的高速で且つ連続的
に行うことができ、目視検査に見られるような個人差が
発生しないと共にボール及びクレセントの位置もキャピ
ラリセンタ座標によって管理されるために基準値からの
ずれ量がそのままワイヤボンダのボンディング座標の補
正値として使用できるという効果がある。

【００５７】更にワイヤボンダの座標補正も自動的に行
われることから作業者の手に頼ることなく常に良好な状
態でボンディングを続行することが可能となる等の効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のワイヤボンディング検査装置の実
施例１の要部概略図

【図２】 従来の測定におけるボール部取り込み画像
の説明図

【図３】 ボール部形成時の断面図

【図４】 本発明におけるボール部取り込み画像の説
明図

【図５】 クレセント部測定時の取り込み画像の説明
図

【図６】 従来例のワイヤボンディング検査装置の要
部概略図

【図７】 本発明に係る測定手順フローチャート

【符号の説明】

１ 半導体チップ ２ ワイヤ ３ ボール ４ 電極パッド ５ キャピラリ ６ クレセント ７ キャピラリ打痕 ８ リード ９ リング状明部 １１ ＸＹＺステージ １２ 搬送装置 １３ リング照明 １４ 落射照明 １５ 撮像装置 ２１ 搬送制御装置 ２２ 照明制御装置 ２３ 画像処理装置 ２４ ステージ制御装置 ３１ 中央処理装置 ３２ ワイヤボンダ ３３ 外部入力装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平島 浩文 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 小林 正基 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 中津井 久 神奈川県川崎市中原区今井上町53番地 キ ヤノン株式会社小杉事業所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 搬送装置によりワイヤボンディング後の
   半導体チップを所定位置に搬送固定し、該半導体チップ
   を照明手段からの光束で照明し、該半導体チップの画像
   情報を位置調整可能なステージに設けた撮像装置より得
   て、該画像情報より画像処理装置で該半導体チップのフ
   ァーストボンド部及びセカンドボンド部の検査をする
   際、該撮像装置によりボール部及びクレセント部に形成
   されたキャピラリ打痕を同時に撮像し、該画像処理装置
   は該撮像装置で得られた画像情報より、これらのキャピ
   ラリ打痕の中心位置を測定し、これよりワイヤボンディ
   ング後のワイヤの形状、位置ずれを検出していることを
   特徴とするワイヤボンディング検査方法。
2. 【請求項２】 中央処理装置により前記画像処理装置に
   よって得たボール部及びクレセント部側のキャピラリ打
   痕の中心位置座標と該ワイヤボンダに記憶したボンディ
   ング座標とのずれ量を算出して該ワイヤボンダに記憶し
   たボンディング座標を自動修正していることを特徴とす
   る請求項１のワイヤボンディング検査方法。
3. 【請求項３】 ワイヤボンディング後の半導体チップを
   搬送固定する搬送装置、該半導体チップを照明する照明
   装置、該半導体チップの画像情報を得る為にＸＹＺ方向
   に移動可能で該半導体チップのファーストボンド部及び
   セカンドボンド部におけるボール部及びクレセント部に
   形成されたキャピラリ打痕を同時に撮像する撮像装置、
   該撮像装置で得た画像情報より、これらのキャピラリ打
   痕の位置、寸法情報よりその中心位置を求める画像処理
   装置、そしてワイヤボンドに記憶されたボンディング座
   標と該画像処理装置で得られたキャピラリ打痕の中心位
   置座標とのずれ量を算出し、該ワイヤボンダに記憶した
   ボンディング座標を自動修正する中央処理装置とを用い
   てボンディング後のワイヤの形状、位置ずれを自動測定
   していることを特徴とするワイヤボンディング検査装
   置。