JPH09504401A - ボールボンド検査システム用の方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、半導体チップ（２０）上のコンタクト・パッド（４０）とのワイヤ（５０）のボンド（０９）を自動的に検査することを目的としている。装置は、リード・フレーム（１０）に置かれた半導体チップ（２０）を保持する移動可能プラットフォーム（０３）と、画像を検出するビデオ・カメラ（０４）と、リード・フレーム（１０）内のチップ（２０）に光を当てる照明手段（０５）と、画像をディジタル化し分析する画像プロセッサ（０６）と、ボンディング・メカニズム（０７）と、ボンディング・メカニズム（０７）、移動可能プラットフォーム（０３）、ビデオ・カメラ（０４）および画像プロセッサに電子的に接続されたホスト・コントローラ（０８）とを含んでいる。画像プロセッサ（０６）はディジタル化画像内のパッド（４０）上のボンド（０９）を探し出し、ボールボンド画像の第１標準センタを出力する。本発明によれば、１つまたは２つ以上のセグメント（６５）をもつ極座標変換画像（６０）のセンタは、ボールボンド画像（７０）の標準センタと位置合わせされ、極座標変換画像（６０）を用いてボールボンド画像（７０）が評価され、極投射ヒストグラム・アレイ（８０）が作成され、ストアされる。エッジ・フィルタはヒストグラム・アレイ（８０）に適用されてピークが検出され、その数と値がストアされる。極座標変換画像（６０）は、あらかじめ決めた数の予想されるボール・センタ・ロケーションがなくなるまで次のボール・センタ・ロケーションと位置合わせされる。ストアされたピーク・リスト内の最大ピークはボンド（０９）の半径として選択され、その半径からボンド（０９）のサイズと位置が計算され、ホスト・コントローラ（０８）に報告されて、さらに別の処置がとられる。

Description

【発明の詳細な説明】 ボールボンド検査システム用の方法および装置 技術分野 本発明は一般的にはマシン・ビジョン・システムと半導体チップ・ワイヤリン グ・ボンディング・デバイス、および類似のボンディング装置に関し、さらに具 体的には、半導体チップ上のコンタクト・パッド(contact pad)上に形成された ワイヤボンド(wire bond)の自動化光学的検査を行なう方法と装置に関する。 背景技術 集積回路チップなどの半導体デバイスは、ワイヤ・ボンディング(wire bondin g)と呼ばれるプロセスによってリード・フレーム(lead frame)上のリードに電気 的に接続されている。ワイヤ・ボンディング作業は、ダイ（半導体チップ）上に 置かれたパッド(pad)をリード・フレーム内のリードに電気的に接続するワイヤ を配置し、接続することによって行なわれている。チップとリード・フレーム上 のすべてのパッドとリードとをワイヤ・ボンディングすると、多くの場合セラミ ックまたはプラスチックを用いて、パッケージすることができ、集積回路デバイ スが作られる。代表的な応用例では、ダイまたはチップ上には、接続する必要の あるパッドやリードが数百または数千にわたる場合がある。 ワイヤ・ボンディング機器には多数のタイプがある。あるタイプはサーマル・ ボンディングを使用し、あるタイプは超音波ボンディングを使用し、あるタイプ は両者の組合せを使用している。ポストプロセス検査(post-process inspection )ステップは、一般に、第３光学的検査(third optical inspection)と呼ばれ、 このステップでは、デバイス上のすべてのボンドの位置とサイズ、ワイヤ・コネ クション（接続）およびワイヤの高さを光学的手段で探知し、検査することによ り、ボンドによる接続が良好であるかどうかを確かめているのが普通 である。これはワイヤ・ボンディングが完了した後で、集積回路をカプセル化す る前に行なわれている。 従来、第３光学的検査は、デバイスのボンディングが完了し、別のマシンやオ ペレータに送られたあと初めて行なわれていたが、そのほとんどは人間のオペレ ータがマイクロスコープを使用して行なっているのが通常であった。この検査は サンプリングによって行なわれている。サンプリングは検査回数を減少するが、 欠陥接続が見落とされるおそれがある。 ビジョン・システム(vision system)または画像（イメージ）処理システム（ 画像を捕獲し、捕獲した画像をディジタル化し、コンピュータを使用して画像分 析を行なうシステム）は、デバイスのアライメント（位置合わせ）を行ない、正 しい位置にボンディングを行なうようにマシンをガイドするためにワイヤボンデ ィング・マシンで使用されているが、従来は、検査を目的とするプロセスの過程 では使用されていなかった。別々のマシンを用意して、ボンディング・プロセス の外およびそのあとで検査を行なうこともできるが、そのためには、プロダクシ ョン・ラインの主要な設備を別に用意する必要がある。 半導体チップのコンタクト・パッド上に形成されたボンドは、その配置とサイ ズが特定の許容範囲内にあるかどうかを確かめるために検査されている。この分 野の実際の応用では、ワイヤボンド検査は、ほとんどすべてが手作業で行なわれ ている。手作業による検査は非常に時間がかかる。高価な部品はサンプリングで はなく１００％の個別ごとの検査を行う必要があるが、これも手作業で行なうと 、生産性がさらに低下し、コスト増につながることになる。 CanonおよびShinkawa提供の企業所有マシンは、ワイヤ・ボンドを検査するた めに利用できることが知られているが、これらのマシンはポストボンド(post bo nd）検査システムとしてのみ動作するものである。その結果、欠陥ボンドが検出 されるのは、その後のアセンブリ工程のときか、それが完了したあとである場合 がある。従って、生産性が低下し、一部の欠陥ボンドが全く検出されない場合が ある。 ワイヤボンダ(wire bonder)によって形成されたボールボンドの検査を自動化 し、しかもインプロセスで行なうためには、システムは、まず、チップ上に形成 されたボンドのロケーションを突き止めてからでなければ、検査を行なうことが できない。本出願と同様に係属中の米国特許出願 Automated Optical Inspection Apparatus（自動化オプチカル検査装置）（１ ９９３年６月１０日出願、出願番号08/132,532）； 上記出願の一部係属出願であるAutomated Optical Inspection Apparatus Usi ng Nearest Neighbor Interporation（最隣接インタポーレーションを用いた自 動化オプチカル検査装置）（１９９４年４月３０日出願、出願番号08/236,215） ； 上記出願の一部係属出願であるMethod and Apparatus for Aligning Oriented Objects（配向オブジェクトの位置合わせ方法および装置）（１９９５年１月３ 日出願、出願番号08/367,478）； およびUsing Cone Shaped Search Models for Solder Ball Location（ソルダ ・ボール・ロケーションのコーン形状探索モデルの使用）（１９９４年４月３０ 日出願、出願番号08/236,211）には、ボンドの標準配置を充分な速度と精度で突 き止めて、ボンドのサイズと位置の検査を行なうことを可能にするシステムが記 載されている。 しかるに、ボールボンドの標準ロケーションを高速に検出できる場合であって も、画像内のボールボンド・エッジのロケーションを突き止めて測定しようする と、インプロセス・システムとポストプロセス・システムのどちらの場合にも、 大きな問題が起こっている。その１つは、混同し易いエッジが非常に多数存在す ることである。これらは、回路、プローブ・マーク(probe mark)およびボンド・ パッドが画像内に存在することに起因する。大部分の半導体チップはビジュアル ・ディーテル（回路自体の画像など）が大量に存在するため、ポストボンド画像 を分析する際にこれらを避けて、ボンド・エッジを見つけなければならない。こ のディーテルの一部はボンドの一部であると誤判断されるおそれがある。プロー ブ・マークや変色、不完全な照明が原因で起こるパッドのビジュアル欠陥は、さ らに上記問題を複雑化している。 回路パッド上にボールボンドによって形成されたエッジのように、円形または 楕円形エッジを見つける既存の手法は、高精度であるとしも、速度が遅いために インプロセス検査システムで使用できないことがよくある。 発明の開示内容 本発明は、半導体アセンブリ・プロセスでワイヤボンディング・マシンによっ て作られたボンド０９のサイズと位置を測定する方法および装置に係わるもので ある。本発明によれば、ボールボンド０９のディジタル化画像からの測定が計算 される。これらの画像はビデオ・カメラ０４によって捕獲されたあと、ディジタ ル化されてコンピュータ・メモリにピクセル・アレイを形成していたものである 。 １つの好適実施例では、装置は、直交座標から極座標への変換画像(rectangul ar to polar coordinate transform image)６０を構築し、この変換画像は、検 査される予想ボールボンドの最大サイズと半径値より大きい画像サイズと半径値 をもっている。別の好適実施例では、極座標変換画像６０は複数のセグメント６ ５と共に作成される。ボールボンド画像７０およびそのセンタの標準ロケーショ ンは、上に列挙した米国特許出願（係属中）の方法および装置に従って画像プロ セッサ０６から得られる。極座標変換画像６０はボールボンド・センタの標準ロ ケーションとアライメント（位置合わせ）される。ボールボンド画像７０は、極 座標変換画像６０を用いて１次元極投射ヒストグラム・アレイ(one-dimensional polar projection histogram array)を作り、アレイをインデクシングしてヒス トグラム結果をストアし、正規化することにより評価される。ピークを見つける ためにエッジ・フィルタ(edge filter)が投射(projection)に適用され、その標 準センタのピーク数とロケーションがストアされる。本発明によれば、位置合わ せ、評価、エッジ・フィルタリングおよびピーク・ストアリング・ステップは、 次の予想される（ポテンシャル）ボール・センタ・ロケーションに対して繰り返 され、これは、ある特定数の予想されるロケーションが評価されるまで行なわれ る。最大ピークは評価されたすべてのロケーションから検出され、そのピークは ボールボンドの半径として使用される。ボンド０９のサイズとロケーションは、 最大ピークをもつボールボンド画像７０の半径から計算され、信 号としてホスト・コンピュータ０８に渡されて、アセンブリ・プロセスで別の処 置が行なわれる。 本発明の側面によれば、ボンド画像ピクセルの直交座標から極座標への変換を 高速に行なって、検査に費やされる処理時間を最小限にしている。この変換は１ 次元投射または累積アレイである、ヒストグラム・アレイ８０を生成するために 使用され、このアレイは、センタ・ポイント（中心点）からの各半径の個所のピ クセルのすべての総和を収めている。これは、極座標のＲの大きさに沿った投射 である。次に、エッジ・フィルタリングとピーク検出の２つのオペレーションが この１次元アレイについて実行され、そのときボールボンドのエッジであると推 定される画像エッジの位置が計算される。ヒストグラム・アレイ８０内のエッジ の位置は円の半径に対応している。各投射で見つかったピークは、その値と一緒 にリストにストアされる。 本発明の目的は、ディジタル化画像内のボールボンドのセンタの位置決めを行 うことである。上述した変換と半径計算は、ボールボンド画像７０内の予想され る（ポテンシャル）、複数のセンタ・ポイントまたはボール・センタ・ロケーシ ョンで適用される。最良のサークル・フィット(best circle fit)は、１次元累 積アレイ内のエッジの勾配が最大化されているセンタ・ポイントで現われる。各 予想されるボール・センタ・ロケーションで見つかったピークは評価され、最大 ピークがボールボンドの半径として選択される。 本発明の別の特徴は、異なるＸとＹサイズをもつ楕円形ボールのボールボンド ・サイズを計算できることである。かかる情報を得るために、本発明によれば、 複数のセグメントをもつ極座標変換画像が作成され、これらのセグメントは、１ つの評価ステップで、各セグメントに対応する極投射アレイ(polar projection array)が得られるように正規化されている。他方、セグメントは、デカルト座標 (Cartesian coordinates)におけるｘとｙ方向および大きさと関連づけられてい る。 好適実施例では、米国特許第4,972,359号に記載されている、Cognex社のＶＣ −１画像処理チップが極投射の作成を高速化するために使用されている。この画 像処理チップを使用すると、標準ボール・センタ・ロケーション画像と極座 標変換モデル・ピクセルをメモリからアクセスするときに要する時間内で、投射 全体を行なうことができる。つまり、画像内のカラムの各ピクセルがアクセスさ れると、ピクセルはＶＣ−１画像処理システムによって自動的に総和されて、極 投射の中に入れられる。 さらに、本発明の好適実施例の特徴は、１次元極投射および直交座標から極座 標への画像座標の変換が、２つの別ステップで行なわれるのではなく、画像内の ピクセルの１回の評価で行なわれることである。これは、上記に挙げた米国特許 出願（係属中）を使用することによって行なわれる。 本発明の別の特徴は、極投射手法によると、画像内の円形オブジェクトだけを 検出するのに役立つので、極投射を使用すると、混同しやすいエッジが最小限に なることである。その結果、ボンド・パッドやそのエッジなどの正方形または直 交オブジェエクトは、かかるオブジェクトの極投射によると、パッド・エッジが ぼかされることになるので、フィルタにかけられた投射アレイ内でシャープなエ ッジとして現われないことになる。 本発明の別の側面によれば、計算速度が最大化され、必要メモリ量を最小限に するので、製造と使用に関連するコストを妥当な範囲に抑えることができる。自 動化インプロセス検査は、手作業による場合よりもはるかに高速化されるので、 ボールボンドの検査率を向上することができる。１００％検査する必要のある高 価な部品の場合は、部品製造のスループットを大幅に向上することができる。 図面の簡単な説明 図１は、本発明を具体化したシステムを示す図である。 図２は、リード・フレーム内の半導体チップまたはダイを上方から見た概略図 である。 図３は、パッド上に形成されたボンドの側面図である。 図４は、パッド上に形成されたボンドのグレーレベル画像の上面図である。 図５は、パッド上に形成されたボンドの減法画像を示す図である。 図６は、本発明の方法および装置に従って作成された極座標変換画像と記憶ア レイを示す図である。 図７は、本発明によって実行されるステップを示すフローチャートである。 図８は、本発明による標準ボール・センタ・ロケーションの正規化極投射のプ ロット図である。 図９は、ボールボンドの実際のセンタからオフセットしたセンタをもつ標準ボ ール・センタ・ロケーションの正規化極投射のプロット図である。 図１０は、エッジ・フィルタが適用されたあとの、図８の正規化極投射の第１ 導関数(first derivative)を示すプロット図である。 図１１は、図９の正規化極投射であって、標準ボール・センタが実際のセンタ からオフセットしたセンタをもっている場合を示すプロット図である。 図１２は、極座標変換画像の２つの変形（非セグメント化とセグメント化）を 示す概略図である。 本発明の最適実施態様 図１は、本発明を具体化したシステムを示している。本システムは、Ｘ−Ｙテ ーブルのように、ヘッド・フレーム１０に置かれた半導体チップ２０を保持する 移動可能プラットフォーム０３を備えたワイヤ・ボンディング・マシン０１と、 画像を生成するビデオ・カメラ０４またはその他の光学検出デバイス２０（カメ ラは、ボンディングすべきターゲット・チップ２０とリード・フレーム１０上に 置かれているのが典型的である）と、リード・フレーム内のチップに光を当てる 照明手段０５と、光学的に検出された画像をディジタル化し分析する機能を備え た画像プロセッサ０６と、ボンディング・メカニズム０７と、ボンディング・メ カニズム０７、移動可能プラットフォーム０３、カメラ０４および画像プロセッ サ０６に電気的に接続されたホスト・コントローラ０８とを含んでいる。 図２は、パッド４０とリード３０もつリード・フレーム１０内の半導体チップ ２０を示す上面図である。ワイヤ・ボンディング・プロセスでは、チップ２０上 の各パッドとリード・フレーム１０上のそれぞれのリード３０との間で導電ワイ ヤ５０がボンディングされる。 図３は、パッド４０をリード・フレーム１０上のリード３０にワイヤ５０で接 続したボンドの側面図を示している。代表的なワイヤ・ボンディング・デバイス では、ワイヤ５０またはフィラメントはボンダによって押し出され、ダイ・パッ ド上に堆積され、リード・フレームまで延長され、そこでワイヤも接着されて電 気的接続を形成している。 図４は、チップ２０上のパッド４０上に形成されたボンド０９のディジタル化 グレーレベル画像の上面を示す概略図である。図に示すように、ワイヤ５０はボ ンド０９から角度をなして外側に突出している。さらに、パッド４０も、ディジ タル化グレーレベル画像の一部として現われている。 図５は、ボンド０９の減法画像(subtractive image)４４を示す図である。こ れは、前掲の米国特許出願（係属中）の方法および装置によって作成される。基 本的には、ボンディングが行なわれる前のパッド４０の画像はセーブされ、ボン ディングが行なわれたあとのパッド４０の画像から減算される。欠陥の一部は、 このようにして結果の減法画像４４から除去される。 本発明の好適実施例では、セットアップ作業は実際のワイヤボンディング・プ ロセスの開始前に行なわれる。セットアップ作業では、図６に示すような極座標 変換画像６０が作成される。極座標変換画像６０は、測定すべきボールボンドの 予想最大サイズより大きい最大画像サイズと半径値をもつように作成される。 極座標変換画像６０（Ｉｔ）は次のような方法で構築される。まず、変換のセ ンタが選択される。これはｘｃ，ｙｃである。これは画像のセンタである必要は ない。変換画像Ｉｔ内の各ｘ，ｙピクセルの値は、次式によって計算される。 各ピクセル値は、変換のセンタからｘ，ｙピクセルまでのユークリッド距離(e uclidean distance)である。ピクセル値はヒストグラム・ビン・アドレス(histo gram bin address)を表わしているので、この値は整数でなければならな い。これは、上記計算式の中の値を最寄りの整数に丸めることにより行なわれる 。図６は、最大半径が５で、変換のセンタが画像のセンタにある７×７極座標変 換画像６０の例を示す図である。 図６は、結果をストアするためのヒストグラム・アレイ８０も示しているが、 これは、０から変換画像の中で指定された最大半径までの範囲内のインデックス で作成されたものである。 本発明の好適実施例では、複数のセグメントをもつ極座標変換画像６０ｂが作 成されるが、これについては後述する。 １組の候補となる標準ボール・センタ・ロケーションは、１組の候補となるボ ールボンド画像７０を作成するために選択される。候補の数を選択するときの方 針は、ある与えられた標準センタ・ポイントの不確実性の範囲（実際のボール・ センタに対する）と、要求される精度とスピード量によって決まる。例えば、与 えられた標準ボール・センタ・ロケーションの不確実性が＋／−１０ピクセルと 分かっていれば、１つの方法として、標準ポイントの中心が２０×２０であるウ ィンドウで投射を適用することができる。これは不確実性の全範囲をカバーして いる。 ウィンドウを評価するには、いろいろな方法の使用が可能である。２０×２０ ウィンドウの例では、画像内の予想されるすべてのロケーションは、網羅的アプ ローチ(exhaustive approach)で評価される。これは最も単純な方法であるが、 最も時間のかかる方法でもある。 本発明の好適実施例では、極座標変換画像６０は１つおきのピクセルで適用さ れて、ボール・センタの近接ロケーションを求めている。それが見つかると、極 座標変換画像６０はその近接ロケーションを取り囲むすべてのポイントで実行さ れる。２０×２０の例の場合には、網羅的アプローチでは、極投射を４００回適 用する必要があるのに対し、別のアプローチでは、１０×１０＋９、つまり、１ ０９回適用するだけでセンタを見つけることができる。この別のアプローチは、 画像内に現れるエッジの頻度に応じて一般化することができる。例えば、１つお きではなく、３または４ピクセルごとにサンプリングを行なうことができる。画 像変換およびヒストグラム累積をどこで、何回行なうかは、選択された特 定の方法によって決まる。 図７は、本発明の好適実施例で実行されるステップの全体的流れを示す図であ る。まず、ステップＡで、ボールボンド０９の画像が画像プロセッサ０６によっ て獲得され、ディジタル化される。ビデオ・カメラ０４はこの画像を獲得するた めに使用される。ビデオ・カメラ０４は、通常、ボンディング機器に装着され、 チップ２０上の様々なロケーションに移動可能になっている。撮像サイズに制約 があるため、ビデオ・カメラ０４の１つの視野に入るボールボンド０９が少数に 限られることがよくある。特定の応用に応じて、正しい倍率を選択してボールボ ンド画像が充分に大きく現われるようにし、充分なピクセルで正しい測定が行な えるようにする必要がある。画像の焦点は測定精度にも影響する。正しい倍率と 焦点を設定する方法はこの分野では周知である。 獲得された画像はディジタル化され、画像プロセッサ０６がアクセスできるメ モリにストアされる。各画素、つまり、ピクセルは画像内の特定のｘ，ｙロケー ションのサンプリング画像データを表わしている。この場合も、画像をディジタ ル化し、ストアする多くの手法が、この分野では周知である。 好適実施例では、上記に列挙した米国特許出願（係属中）のうち最初の３出願 の方法と装置は、図５に示すようにボンドの差画像(difference image)または減 法画像４４を作成することにより、ディジタル化画像内のボンドを見つけるため に使用される。好適実施例では、上に挙げたもう１つの米国特許出願（係属中） （コーン形状探索モデルの使用）に記載されている方法と装置を使用すると、デ ィジタル化画像内のボンドを見つけやすくなり、そのボンドの標準センタ・ロケ ーションを得ることができる。 再び図７に示すように、ステップＢで、極座標変換画像６０は、そのセンタが 一番目の標準センタのそれと一致するように位置合わせされる。獲得されたボー ルボンドのディジタル化画像は極座標変換画像６０より大きくなっているので、 極座標変換画像６０と正確に同一サイズである、ディジタル化画像に収まるウィ ンドウを作成する必要がある。このようにして作成された候補ボールボンド画像 ７０の各ｘ，ｙ座標（図６）は、極座標変換画像６０内のｘ，ｙロケーションに 一致することになる。 本発明の１つの実施例では、標準ボール・センタ・ロケーションはアプリケー ション・ポイント(application point)とも呼ばれる。このアプリケーション・ ポイント、つまり、輝度画像(intensity image)内のボール・センタ候補は極座 標変換画像６０のセンタと位置合わせされる。 図７に示すように、ステップＣで、本発明によれば、一番目の候補ボールボン ド画像７０内の画像ピクセルの総和が計算され、その結果がヒストグラム・アレ イ８０にストアされる。図６に示すように、極座標変換画像６０は、行(row)と 列(column)に配列された値を含んでいる。これらの値はヒストグラム・アレイ８ ０内のビン(bin)９０またはインデックス値に対応している。 好適実施例では、極座標変換画像６０および候補ボールボンド画像７０は、図 ７のステップＣでラスタ順に同時に評価され、各ピクセルは一度だけアクセスさ れて、出力の極座標投射ヒストグラムが生成される。再び図６に示すように、ボ ールボンド画像７０内のｘ，ｙロケーションの各ピクセル値は総和がとられて、 極座標変換画像６０内のｘ，ｙロケーションのピクセル値によってインデックス されたヒストグラム・アレイ８０に入れられる。 説明の便宜上、ボールボンド画像７０が図６に示すピクセル値を含んでいると すると、本発明の方法および装置によれば、ボールボンド画像７０内のロケーシ ョン０，０の一番目のピクセル値が選択され、その値は、極座標変換画像６０内 でロケーション０，０に置かれたインデックス値５が示すように、ヒストグラム ・アレイ８０のビン５に追加される。ボールボンド画像７０内でロケーション０ ，１に置かれた次のピクセルが総和をとられて、ヒストグラム・アレイ８０のビ ン４に入れられる。以下、候補ボールボンド画像７０全体が評価されるまで繰り 返される。 このステップで作成された結果の出力は１次元投射アレイまたはヒストグラム ・アレイ８０（図６に図示）であり、各アレイ・エレメント（配列要素）または ビン９０には、極座標変換画像６０内のビン９０のインデックス値に属するピク セル値のすべての総和が入っている。逆に、極座標の半径Ｒのすべての画像ピク セル値の総和を求めるには、インデックスＲでヒストグラム・アレイ８０にスト アされている値を調べることになる。７ピクセルｘ７ピクセルの極座標変換画 像６０を使用している、図６に示す例では、ヒストグラム・アレイ８０の四番目 のビン９０に入っている値には、値が４になっている極座標変換画像６０のピク セルの個所で評価された、ボールボンド画像７０内の対応する画像ピクセルのす べての総和が含まれていることになる。 好適実施例では、本出願の出願人の米国特許第4,728,195号に記載されているC ognex社のＶＣ−１画像処理チップは、図１に示す画像プロセッサ０６で使用さ れて、極投射を最大スピードで作成している。この画像処理チップを使用すると 、ボールボンド画像７０と極座標変換画像６０をメモリからアクセスするのに要 する時間で投射全体を行なうことができる。 極投射がヒストグラム・アレイ８０に累積されたあと、ヒストグラム・アレイ ８０内の値は、ボールボンド画像７０内の輝度ピクセルを総和したものである。 これらの値８２は本発明の以下のステップではまだ使用可能になっていない。ヒ ストグラム・アレイ内の値８２は、値が変換画像に現われる回数で正規化しなけ ればならない。 例えば、図６に例示されている７×７極座標変換画像６０とボールボンド画像 ７０を使用すると、総和がとられて１ビンに入れられるボールボンド画像７０の ピクセル数は８であるのに対し、総和がとられて２ビンに入れられるピクセル数 は１２である。半径が大きくなると、各順次の半径ビンは、そこに追加されるサ ンプル数が増加していく。これらを正規化するには、各ヒストグラム・ビン９０ 内の値８２は、総和がとられてそのビンに入れられる総ピクセル数によって除算 される。これは、極座標変換画像６０に半径値が現われた個数をカウントすると 簡単に行なうことができる。投射ヒストグラム・アレイ８０内のその結果の正規 化数８４は、ピクセル値の総和ではなく、候補ボールボンド画像７０のセンタか らの所定の半径に置かれた平均ピクセル値を表わしている。 半径がさらに大きくなると、平均値がとられてヒストグラム・ビン９０に入れ られるサンプルがさらに増加する。サンプルが多くなると、平均ピクセル輝度の 統計的精度が向上することになる。その結果、極投射は、半径が小さい場合より も、半径が大きい方が精度が向上することになる。 図８は、そのセンタがボールボンドのセンタと緊密に位置合わされている標準 ボール・センタ・ロケーションの極投射のプロット図である。このプロットは正 規化されている。 画像内のボールボンド・エッジを見つけようとするとき起こる主要問題の１つ は、混同しやすいエッジが非常に多数画像内に存在することである。これらは、 回路、プローブ・マーク(probe mark)およびボンド・パッドが画像に存在するこ とに起因する。本発明の極投射手法によれば、画像内の円形オブジェクトだけを 検出する傾向にあるので、混同しやすいエッジが検出されることは回避される。 ボンド・パッドのような正方形オブジェクトの極投射は、投射されたパッド・エ ッジをぼかす傾向にあるが、これは、投射画像の円形パターンに一致していない ためである。パッド・エッジは、フィルタにかけられた投射アレイではシャープ なエッジとして現われない。 投射ヒストグラムの中で、平均ピクセル輝度が急速に変化する位置を見つける ために、図７のステップＤに示すように、エッジ・フィルタリングがデータにつ いて行なわれ、第１導関数(first derivative)が作成される。好適実施例では、 エッジ・フィルタリングは、正規化された投射ヒストグラム・アレイ８０を次の 形式、つまり、＋１，０，−１の第１導関数または演算カーネルでコンボルーシ ョン(convolution)して、第１導関数を作ることにより行なわれる。カーネルま たはオペレータ（演算子）の実際のサイズは、ボール・エッジ輝度プロフィール の予想勾配に一致するように変更することができる。第１導関数カーネルをもっ と大きくすると、＋１，＋１，＋１，０，−１，−１，−１のようになる。この 分野で周知のエッジ・フィルタリングを使用すると、ローパス・フィルタリング とエッジ検出を同時に行うことも可能である。この実施例で使用されているカー ネル・センタの両側は、符号が反対極性になっているので、フィルタリングは方 向により変化する(direction sensitive)。低から高へ（暗から明へ）遷移する と、正極性をもつ出力ピークが生成される。高から低へ遷移すると、負極性のピ ークが生成される。 この分野の当業者ならば理解されるように、１次元エッジ・フィルタは、応用 分野の要求条件に応じてどれでも使用することができる。上述した単純な「ボッ クスカー(boxcar)」フィルタは、好適実施例では、計算の単純化と高速化のた めに使用されている。もっと高い精度が要求される場合は、ButterworthまたはH ammingフィルタなどの、この分野で公知の他のローパス・フィルタを使用するこ とができる。 図８と図１０は、フィルタリング操作の前後の、あり得る標準ボール・センタ ・ロケーションの正規化投射ヒストグラムを示す図である。 再び図７に示すように、ステップＥで、エッジ・フィルタ出力の中のピークが 計算される。フィルタリングされ、正規化された投射データのピーク検出は、デ ータの中のローカル（局所）最大値を見つけることにより行なわれる。これらの 点（ポイント）は、変換の候補となるボール・センタ・ロケーションのすべてが なくなったあと、将来の参照に備えてリストにストアされる。フィルタリングさ れたデータ内のローカル最大値またはピークは、平均ピクセル輝度の変化勾配が 最大になるポイントである。 ピークの高さは、ボール・エッジのコントラストがどれだけ高いかを示してい る。コントラストが高くなると、正しいボール・エッジである確率が高くなる。 図８と図９に示すように、ピークは、ボールボンドのセンタが変換画像のセンタ に一致したとき最大になる。センタが相互から離れていくと、ボール・エッジは 円の周囲にいくつかの異なる半径のビンを生じることになるので、エッジ・コン トラストがぼかされることになる。 本発明によれば、標準ボールボンド画像７０の分析が終わると、システムは、 次の標準ボール・センタ・ロケーションが存在するかをチェックして確かめる。 図７において、これを示したのがステップＦである。標準ボール・センタ・ロケ ーションの数は、要求される精度によって決まる。極座標変換画像が実際のボー ル・センタのセンタの近くにあれば、半径測定の精度はそれだけ向上する。もっ と大きな、例えば、２０×２０のウィンドウ内のすべてのポイントで極投射を適 用すると、最も時間がかかることになる。要求される精度が低ければ、１つおき の標準センタをスキップすることが可能である。 好適実施例では、センタ・ロケーションを狭めることは、まず、ディジタル化 画像内のサンプリング・ポイントで極座標変換画像６０を適用して粗いロケーシ ョンを得てから、次に、粗探索で見つかった近隣センタの周囲だけに、より精 細な解像度ポイントで極座標変換画像６０を適用することにより行なうことがで きる。このようにすると、スピードと精度の面で利点がある。 予想されるボール・センタ・ロケーションがなくなると、最大ピーク値はステ ップＥで、検出されたピーク・リストから計算され、ストアされる。これは、こ の分野で周知のいくつかの方法で行なうことができる。 最大ピークが分かると、これはボンド０９の半径と受け取られ、ボンド０９の センタを計算するために使用される。 複数のセグメント６５が図１２に示すように、極座標変換画像６０に作成され ていたときは、さらに計算を行なうと、例えば、ｘ方向とｙ方向の楕円形ボンド の寸法(dimension)を測定することができる。 図１２に示すように、セグメント６５をもつ極座標変換画像６０ｂを作成する と、ボンドの寸法に関する追加情報を得ることができる。ここでは、極座標変換 画像６０はＸ方向とＹ方向にセグメント６５に分割されているので、Ｘ方向とＹ 方向の異なるボールボンド径を計算することができる。このようにすると利点が あるのは、ボールボンドが常に完全円形であるとは限らず、ＸとＹのサイズ差を 報告することが検査基準となっていることがよくあるためである。 複数のセグメントを使用することと、１つのセグメントを使用することの主な 違いは、極座標変換画像がどのように構築されるかという点である。複数セグメ ント６５の場合は、半径が同じであっても、画像内のピクセル値が４つの四分円 (quadrant)で異なるように四分円を図示のように作ることができる。この実施例 では、４つの異なる極投射が作成され、そこでは、各投射は円の９０度円弧を通 る半径の総和になっている。これは、まず、一番目のセグメント６５を生成し、 次に、異なるセグメント６５内のピクセルに一定値を加えることにより行なうこ とができる。例えば、変換画像内の最大半径が３２であれば、一番目のセグメン ト６５内のピクセルは０がその値に加えられ、二番目のセグメント６５は３２が そのピクセル値に加えられ、三番目のセグメント６５は６４がそのピクセル値に 加えられ、四番目のセグメント６５は９６がそのピクセル値に加えられることに なる。従って、画像内の各ピクセルを一度だけアクセスし、４つの異なる極投射 を一回のパスで生成することにより、上記のように進めていくことができる。０ から３２までの投射アレイの値は一番目のセグメント６５に対するものとなり、 ３３から６４までの値は二番目のセグメント６５に対するものとなり、以下同様 である。 上述した同じフィルタリングとピーク検出は、各四分円ごとに行なうことがで きる。 四分円のように、複数のセグメント６５を使用する利点は、検出された４つの 半径を使用すると、極座標変換画像をすべてのポイントに限りなく適用するより も高速に、極座標変換画像を中心に置くことができることである。半径情報は、 標準ボール・センタがボール・センタからどれだけ離れていたかを示している。 センタリングする目標は、各半径をＸとＹとで等しくすることである。 ボールボンド０９のセンタが本発明の方法と装置によって突き止められ、その サイズが計算されると、この情報は、要求されたｘとｙ寸法(dimension)に関す る情報と一緒に、ホスト・コントローラ０９に渡されて、これらの情報に見合う 処置が行なわれる。結果によっては、チップが欠陥のために拒否される場合や、 別の作業の為のマークが付けられる場合や、カプセル化される場合や、次のアセ ンブリ工程へ送られる場合がある。 この分野の当業者ならば理解されるように、上述した種々実施例は単なる例示 であり、本明細書の教示事項の精神に属する他のシステムは、本発明の範囲に属 するものである。 本発明の好適実施例には、ビデオまたは画像信号を生成するカメラや他のデバ イスも含まれている。カメラによって生成されたビデオ信号は、この分野で周知 の手法を用いてアナログからディジタルへ変換されて、フレーム・グラバー(fra me grabber)などの画像メモリ、または画像をストアする他のデバイスへ送られ るのが代表的である。ビデオ・プロセッサ・システムはコンピュータ中央処理チ ップと入出力機能を備えており、画像メモリに結合され、本発明に従って画像処 理と分析を行なうために使用される。画像処理と分析の一部は、ビジョン・プロ セッサ・システムを制御するソフトウェア・プログラムによって行なわれるが、 この分野の当業者ならば理解されるように、特殊集積回路チップで作られた同等 回路で制御することも可能である。画像処理と分析の結果は、マシン・ビ ジョン結果を要求する装置またはシステムへ電子的に送られる。別の方法として 、マシン・ビジョン機能をもっと大きなシステムに内蔵させて、その一部として 稼働させることも可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ 【要約の続き】 （７０）が評価され、極投射ヒストグラム・アレイ（８ ０）が作成され、ストアされる。エッジ・フィルタはヒ ストグラム・アレイ（８０）に適用されてピークが検出 され、その数と値がストアされる。極座標変換画像（６ ０）は、あらかじめ決めた数の予想されるボール・セン タ・ロケーションがなくなるまで次のボール・センタ・ ロケーションと位置合わせされる。ストアされたピーク ・リスト内の最大ピークはボンド（０９）の半径として 選択され、その半径からボンド（０９）のサイズと位置 が計算され、ホスト・コントローラ（０８）に報告され て、さらに別の処置がとられる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．オブジェクトを光学的に検出し、前記オブジェクトをディジタル化して分析 する手段を備えたマシン・ビジョン・システムにおいて、ボールボンドのサイズ と位置を自動的に測定する方法であって、 ａ．ｘｃ，ｙｃに置かれたセンタと、測定すべき予想ボールボンドの最大サイ ズと半径値より大きい画像サイズと半径値をもつ極座標変換画像（Ｉｔ）を次式 を用いて構築するステップと、 ｂ．結果をストアしておくためのアレイ（配列）を作成するステップであって 、前記アレイは、前記予想ボールボンド画像の最大半径サイズに等しい複数のエ レメント（要素）をもち、各エレメントはゼロから前記極座標変換画像の前記最 大半径サイズまでの範囲のインデックスをもつものと、 ｃ．ディジタル化画像内で評価すべき複数の予想されるボール・センタ・ロケ ーションを指定するステップと、 ｄ．前記ボンディング・プロセス期間にボールボンドのディジタル化画像を獲 得するステップと、 ｅ．前記ボールボンドの前記ディジタル化画像を輝度画像としてストアするス テップであって、ピクセルには、前記ボールボンド・オブジェクトから光学的に 検出された輝度に対応するグレーレベル値が割り当てられており、 ｆ．前記マシン・ビジョン・システムのイメージ・プロセッサから予想される ボール・センタ・ロケーションを受信するステップと、 ｇ．前記極座標変換画像のセンタを前記予想されるボールセンタ・ロケーショ ンと位置合わせして、前記予想されるボール・センタ・ロケーションをもつボー ルボンド画像の各ｘ，ｙ座標が前記変換画像内のｘ，ｙロケーションに一致する ようにするステップと、 ｈ．前記予想されるボール・センタ・ロケーションと前記極座標変換画像を同 時に評価するステップであって、前記一番目の予想されるボール・センタ・ロケ ーションをもつ前記ボールボンド画像内の各ピクセル値は総和をとられて、前記 極座標変換画像内の対応するｘ，ｙ座標のピクセル値によってインデックスされ たアレイに入れられ、１次元ヒストグラムが作成されて、前記アレイにストアさ れるようにし、 ｉ．前記ヒストグラム内のピークを見つけてその値をストアするためにエッジ ・フィルタを適用するステップと、 ｊ．次の予想されるボール・センタ・ロケーションを選択し、前記次の予想さ れるボール・センタ・ロケーションにｇからｉまでのステップを適用し、指定さ れた数の予想されるボール・センタ・ロケーションがなくなるまで繰り返してい くステップと、 ｋ．前記ヒストグラムの前記アレイ内の最大ピークを見つけて、前記最大ピー クのｘ，ｙ座標を前記ボールボンドのセンタとして、その対応するヒストグラム 内の前記最大ピークのロケーションを前記ボールボンドの半径として前記マシン ・ビジョン・システムに通知するようにしたステップとを含んでいることを特徴 とする方法。 ２．請求項１に記載の方法において、変換画像を構築する前記ステップは、第１ の一定ピクセル値を一番目のセグメント内のピクセルに加え、第２の一定ピクセ ル値を次のセグメント内のピクセルに加え、ｎ個のセグメントが作成されるまで 続けていくことにより、前記変換画像をｎ個のセグメントに分割するステップを さらに含むことを特徴とする方法。 ３．請求項２に記載の方法において、前記第１の予想されるボール・センタ・ロ ケーションと前記極座標変換画像を同時に評価する前記ステップは、 ４個のセグメントを生成するステップと、 ４個のヒストグラムを作成するステップであって、各ヒストグラムは前記セグ メントの１つを表わし、４個の半径が突き止められ、予想ボール・センタ・ロ ケーションとのそれぞれの差をｘ方向とｙ方向により報告できるようにすること をさらに含むことを特徴とする方法。 ４．オブジェクトを光学的に検出し、前記オブジェクトをディジタル化して分析 する手段を備えたマシン・ビジョン・システムにおいて、ボールボンドのサイズ と位置を自動的に測定する装置であって、 ａ．ｘｃ，ｙｃに置かれたセンタと、測定すべき予想ボールボンドの最大サイ ズと半径値より大きい画像サイズと半径値をもつ極座標変換画像（Ｉｔ）であっ て、次式を用いて構築されたものと、 ｂ．結果をストアしておくためのアレイ（配列）であって、前記アレイは、前 記予想ボールボンド画像の最大半径サイズに等しい複数のエレメント（要素）を もち、各エレメントはゼロから前記極座標変換画像の前記最大半径サイズまでの 範囲のインデックスを有しており、 ｃ．ディジタル化画像内で評価すべき複数の予想されるボール・センタ・ロケ ーションを指定する手段と、 ｄ．前記ボンディング・プロセス期間に獲得されるボールボンドのディジタル 化画像と、 ｅ．前記ボールボンドの前記ディジタル化画像を輝度画像としてストアする手 段であって、ピクセルには、前記ボールボンド・オブジェクトから光学的に検出 された輝度に対応するグレーレベル値が割り当てられており、 ｆ．前記マシン・ビジョン・システムのイメージ・プロセッサからボール・セ ンタ・ロケーションを受信する手段と、 ｇ．前記極座標変換画像のセンタを前記予想されるボールセンタ・ロケーショ ンと位置合わせして、前記予想されるボール・センタ・ロケーションをもつボー ルボンド画像の各ｘ，ｙ座標が前記変換画像内のｘ，ｙロケーションに一致する ようにする手段と、 ｈ．前記予想されるボール・センタ・ロケーションと前記極座標変換画像を同 時に評価する手段であって、前記一番目の予想されるボール・センタ・ロケーシ ョンをもつ前記ボールボンド画像内の各ピクセル値は総和をとられて、前記極座 標変換画像内の対応するｘ，ｙ座標のピクセル値によってインデックスされたア レイに入れられ、１次元ヒストグラムが作成されて、前記アレイにストアされる ようにし、 ｉ．前記ヒストグラム内のピークを見つけてその値をストアするために適用さ れるエッジ・フィルタと、 ｊ．次の予想されるボール・センタ・ロケーションを選択して、それを評価し 、指定された数の予想されるボール・センタ・ロケーションがなくなるまで繰り 返していく手段と、 ｋ．前記ヒストグラムの前記アレイ内の最大ピークを見つけて、前記最大ピー クのｘ，ｙ座標を前記ボールボンドのセンタとして、その対応するヒストグラム 内の前記最大ピークのロケーションを前記ボールボンドの半径として前記マシン ・ビジョン・システムに通知するようにした手段とを備えていることを特徴とす る装置。 ５．請求項４に記載の装置において、前記極座標変換画像は、第１の一定ピクセ ル値を一番目のセグメント内のピクセルに加え、第２の一定ピクセル値を次のセ グメント内のピクセルに加え、ｎ個のセグメントが作成されるまで続けていくこ とにより、前記変換画像をｎ個のセグメントに分割する手段をさらに含むことを 特徴とする装置。 ６．請求項５に記載の装置において、前記第１の予想されるボール・センタ・ロ ケーションと前記極座標変換画像を同時に評価する前記手段は、 ４個のセグメントを生成する手段と、 ４個のヒストグラムを作成する手段であって、各ヒストグラムは前記セグメン トの１つを表わし、４個の半径が突き止められ、予想ボール・センタ・ロケー ションとのそれぞれの差をｘ方向とｙ方向により報告できるようにすることをさ らに含むことを特徴とする装置。