JPS5856972B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は簡易にして高精度に半導体チップの位置検出を
行い得る位置検出装置に関する。

半導体チップのボンディング工程にあっては、同チップ
のパッド位置を正確に検出する必要がある。

即ち、一般に半導体チップ１は第１図に示すように、基
台２に対して傾き等のずれを生じてマウントされること
が多い。

また金等のリード線３によって接続に供される前記半導
体チップ１のパッド１ａの面積は、基台２のリード部２
ａに比して非常に狭い。

従ってリード線３をリード部２ａにボンディングする場
合に比して、同リード線３をパッド１ａにボンディング
する場合にはそのボンディング位置を極めて高精度に制
御する必要がある。

そこで従来、例えば上記マウントされた半導体チップ１
の縁や隅を検出してパッド１ａの位置を計算処理によっ
て求めたり、あるいはチップ１に検出マークを付け、同
マークによって位置検出を行うようにしている。

ところが前者にあっては、相当大損りな構成の装置を必
要とすると共に、チップ１の縁の欠は等によって検出誤
差を生じ易かった。

また後者にあっては、マークによって半導体チップ１へ
の悪影響を招き易く、ｔ ｋ種々の半導体チップ１に対
して一様に適用することができなかった。

この為、半導体チップ１のボンディング工程の自動化を
はかることが非常に難しつ・つた。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、簡易に、しかも半導体チップに
悪影響を及ぼすことなく高精度に上記半導体チップの位
置検出を行うことができ、例えばボンディング工程の自
動化を容易にはかることのできる位置検出装置を実現し
、提供することにある。

本発明の概要は、先ず位置検出に供される半導体チップ
を含む基台のマウント領域に光を照射し、その像を撮像
する。

このとき上記半導体チップの表面は、一般的に半導体素
子機能を保護する為に、同チップの縁とパッドを除いて
保護膜にて被覆されており、この結果上記照射光の反射
条件が保護膜の有無によって大きく異なる。

従って適当な照明を施すことによって第２図に示すよう
に、チップ１のバッド１ａ部だけを他の部分に比して特
に明るく輝かせることができる。

冑、このときチップ１上の傷等も明るく輝くが、この傷
パターンについてはパッド１ａのパターンとの明らかな
形状の異なりから、位置検出処理の対象より除外するこ
とができる。

このようにして照明された上記マウント領域の像を走査
して得られる像信号からパッド１ａの配列パターンを検
出し、更に上記像信号を標本化して得られる画素情報か
ら位置検出を行うものである。

以下、本発明装置の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は第１図の実施例を示す概略構成図である。

基台２にマウントされた半導体チップ１は、ハーフミラ
−４を介して光源５により照明されてかり、これによっ
て半導体チップ１のパッド１ａが他の部分に比して明る
く輝くものとなっている。

しかしてこのような半導体チップ１の反射光像はレンズ
６を介して撮像装置７の撮像面に結ばれている。

この撮像装置７は、例えば半導体イメージセンサからな
るもので、前記レンズ６と一体的に設けられており、移
動ステージ８により前記半導体チップ１に対して位置決
めされてその設定位置に釦ける上記半導体チップ１の像
を部分的に撮像入力するものとなっている。

例えば第２図中破線部で示すように半導体チップ１の一
辺側の成る面積の像を撮像入力するものとなっている。

この撮像領域の半導体チップ１に対する位置は、前記移
動ステージ８により可変設定される。

しかして、例えば半導体イメージセンサからなる撮像装
置７は、例えば６ライン×２０絵素の撮像エレメントを
備え、各エレメントに撮像した絵素情報を駆動回路９の
制御を受けてライン方向に順次転送して各ラインの絵素
情報を時系列に出力するものである。

このライン転送によって、つ鵞り撮像装置７の一回の走
査駆動により６×２０絵素からなる撮像パターンが得ら
れるようになっている。

そして、これらの撮像パターンの情報は、メモリやゲー
ト回路からなる映像切換え回路１１に入力されて一時記
憶されると共に、閾値計算回路１２に入力されている。

この閾値計算回路１２ば、与えられた６×２０個、つ筐
り１２０個の絵素情報からその平均レベルを計算し、こ
れに従って２値化処理の為の閾値Ｓを求めるものである
。

例えば上記１２０個の絵素情報のうち、信号レベルの最
も高いものとその次のものとの２つを求め、これから最
大平均値くを求めている。

同時に信号レベルの低い６つの絵素情報を求め、これら
を平均化処理して平均最小値斤を求めている。

これらの情報に従って閾値Ｓを Ｓ ＝ ０Ｈ−〇Ｌ＋ ｅ Ｌ として求めている。

淘、この算出式は各種実験シミュレートの結果に基づい
て定めたものであり、特に第１項に示される係数１／７
は、照明手段等の仕様に応じて定められるものである。

このようにして求められた閾値Ｓによって、後述する撮
像パターンの２値化処理において、半導体チップ１の表
面の不要反射やフレームヘッドの影響信号等の成分がｙ
的に除去されることになる。

そして、このようにして閾値計算回路１２で求められた
閾値Ｓが４つの比較器１３ａ、 ’１３ｂ、 １３ｃ。

１３ｄにそれぞれセットされる。

一方、前記映像切換回路１１は前記６ラインの絵素信号
をそれぞれ独立に格納している。

そして計算機１９の制御を受け、上記６ラインのうちの
隣接する４ラインを選択し、その４ラインの絵素信号を
並列的に読出すものとなっている。

今、上述した６つのラインをそれぞれ１１，１２〜１６
とし、各ラインにおける絵素位置をｂｌ、ｂ２〜ｂ２０
とした場合、先ず最初にライン（１１，１２゜７３、
１４）を選択し、これらのライン（１１１２，１３，１
４）の各絵素情報を絵素位置ｂ１より順に、且つ同時に
読出している。

しかるのち、今度はライン（７２，１３３，ｌ、、
Ａ、 ）を選択して同様に絵素情報を読出し、その後
ライン（１３゜１３４、！ｌ６，１３．）を選択して絵
素情報を読出すものとなっている。

つまり、４ラインを１単位として絵素情報が読出されて
いる。

これらの４ラインの絵素情報は、前記閾値Ｓがセットさ
れた比較器１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄにそれぞれ
並列的に与えられ、２値化処理してパターン検出回路１
４に与えられる。

設定器１５には、パッド１ａのラインと直角な方向の情
報が予め格納されており、この情報と前記２値化された
４ラインの或る絵素位置の情報とを比較して、パターン
検出回路１４は検出対象とするパッド１ａのパターンを
検出している。

即ち、パッド１ａの大きさは撮像装置７の絵素の大きさ
に対して成る関係を有しており、例えば２〜３絵素にま
たかる大きさを有している。

従ってこの場合、設定器１５に「０Ｏ１１ｊｒ０１１０
ＪＪ１１００Ｊ「０１１１Ｊ「１１１０Ｊなる６種の４
ビツト情報を格納しておけば、選択された４ラインの成
る絵素位置に釦ける２値化情報が、上記４ビツト情報に
合致するか否かによってパッド１ａの情報であるか否か
を判定することができる。

パターン検出回路１４ではこのような処理を読出し絵素
位置ｂ１．ｂ２〜ｂ２０に対応して行っており、パター
ン検出したときにシフトレジスタ１６の該当絵素位置に
例えばデータ「１」を書込んでいる。

従って、シフトレジスタ１６には、選択された４ライン
において目標とするパッド１ａが存在するであろう絵素
位置ｂ１．ｂ２〜ｂ２０に対応して検出情報が格納され
ることになる。

そして、このシフトレジスタ１６に格納された情報が、
今度は目標パターン検出回路１７に与えられる。

この検出回路１１は、設定器１８に予めセットされた情
報、つまりパッド１ａのライン方向の大きさや配列ピッ
チ等の情報と、上記シフトレジスタ１６に格納された情
報とを比較するものである。

即ち、パッド１ａが存在するのであろうとして検出され
た絵素位置の情報が２〜３絵素に亘って連続しているか
否かの判定が行われている。

これにより、パッド１ａの横方向寸法の条件判定が行わ
れることになる。

そして、その判定結果が計算機１９に与えられ、計算機
１９にはパッド１ａのパターンが検出される前記走査線
（ライン）１１〜１４の情報と、そのラインに釦ける絵
素位置ｂ１．ｂ２〜ｂ２０の情報が格納されることにな
る。

このような処理が、選択された走査線（１２゜７３、１
４． Ａ、 ）について、捷た走査線（１３゜７４、
ｌ６． ｌ、 ）についてそれぞれ行われ、その
ときに検出されるパッド１ａの位置情報が計算機１９に
与えられることになる。

しかして計算機１９は目標パッド１ａの位置を、例えば
走査線（ｌｓ 、 ７４，７５ 、Ａ、 ）上で、且
つ、検出信号を得たビット位置（ｂａ ｔ ｂ９ ｊ
ｂｌＯｊ ｂｌｌ ）であるとして認知する。

これにより計算機１９は上記認知情報に従って、走査線
（Ａ３．７４． Ａ、。

Ａ６）のビット位置（ｂ８９ ｂ、ｔ ｂｌＯｊ
ｂｌｌ ）の各絵素情報をＡ／Ｄ変換器２０を介して入
力し、走査線及び絵素位置に対応付けして記憶する。

これによりパッド１ａの概略位置が求められる。

さて、このようにして得た情報に基づいて計算機１９は
次のようにして上記パッド１ａの正確な位置検出を行っ
ている。

先ず計算機１９に記憶されたパッド１ａの像信号の中心
位置、例えば走査線１４ と絵素位置ｂｔｏとで示され
る位置（１４゜ｂ、）が仮りに定められる。

そして、この位置（Ａ４．ｂ９ ）を中心とした領域で
、且つ、その絵素情報レベルが前記閾値Ｓ以上である絵
素が、例えば（ｉｓ 、 ｂ８Ｌ ＜ｉ３． ｂ９
Ｌ ＜ｉ３゜ｂｌｏ）−（Ａｓ 、ｂｔｔ ）、（
４、ｂａ ）、（Ａ４゜ｂｇ ）、 （ｚ４．ｂ
ｌｏ）、（１４−ｂｔｔ ）−（Ａ’５゜ｂａ＞、
（ｚ５． ｂ９ ）、 （ｚｓ 、 ｂｌｏ）、
（ｚ５゜ｂ１□）としてそれぞれ選択的に抽出する
。

そして、これらの選択抽出された各位置に釦ける絵素ｅ
ｉを、走査線毎に加算処理し、その小計値Ｔ１３ 。

Ｔｉ４． Ｔ、５５． Ｔ′ｌａ、をそれぞれ求める。

同時に上記情報ｅ、を、絵素位置を同じくするもの毎に
加算処理し、その小計値Ｔｂ８．Ｔｂ９．Ｔｂ１ｏ、Ｔ
ｂ□１をそれぞれ求める。

これによって検出されたパターン１ａの横方向の濃度分
布（Ｔｂ８．Ｔｂ０．Ｔｂ１ｏ。

Ｔｂ１１ ）と、縦方向の濃度分布（Ｔｔ３ｓ 、
Ｔ、＋ 。

Ｔｚ５．’ｒ、。

）とが求められることになる。しかして今、上記濃度分
布によって求められるパッド１ａの像の中心位置（重心
）に着目してみると、その中心位置が前記仮りに定めた
中心位置に等しい場合、上記板りに定めた中心位置（１
４゜ｂ９ ）を中心として上記濃度分布値を２分した値
が相互に等しくなる。

換言すれば上記中心位置（Ａ、、ｂ９）で２分した各領
域の濃度値の差は、パッド１ａの本来の中心位置（重心
）と仮に定めた中心位置とのずれ量を示すことになる。

従って、パッド１ａの横方向寸法をＰＸとすれば、走査
方向の位置ずれ量ＡＸ１は として求めることが可能となる。

また同様にして走査方向と直向する方向の位置ずれ勺１
をパッド１ａの縦方向寸法をＰｙ として次のように求
めることができる。

但し、Ｔは上記抽出された絵素情報の総和である。

このような濃度分布量に従う演算によって、仮りに定め
た中心位置（１４，ｌ、）に対する、検出されたパッド
１ａのパターンの中心位置の位置ずれ量（ＡＸｌ、Ａｙ
ｌ）をそれぞれ求めることが可能となる。

然し乍ら、上記位置ずれ量は、検出されたパッドパター
ンに対して仮りに定めた絵素を単位とする中心位置から
のずれ量である。

そこで、上記パッド１ａが本来あるべき絵素位置を、例
えば位置ずれなくマウントされた半導体チップ１の同様
な測定によって、予め（１３，ｂ３）等として求めてお
けば、この情報を用いて絵素間のずれを求めることがで
きる。

そして更に上記位置ずれ量を上記絵素間のずれ量に加え
ることによって本来存在すべき位置からのずれ量を次の
ように正確に求めることが可能となる。

即ち、位置ずれのないパッド１ａの位置を予め測定し、
その位置を例えば（１３，ｂ８）として求めておけば、
走査絵素子の寸法をｊＸ、ｊｙ とすると、走査方向の
ずれ 辛−へ、を １Ｘ１−（ｂ９−ｂ８）×ｊＸ＋ＡＸ１ そして、走査方向と直交する方向のずれｌｙｌを１ｙ１
−（１４−１３）×ｊｙ十寿、 として求めることができる。

かぐしてここに、目標パッド１ａの本来あるべき位置か
らの位置ずれ量を効果的に求めることができ、ここにそ
の位置検出を正確に行うことができる。

さて、上記の如く位置検出がなされた半導体チップ１に
対して、撮像装置７による撮像領域を他の部位（第２図
中一点鎖線で示す位置）に移動させれば、同様にして他
の目標パッド１ａの位置検出を行うことができる。

この位置検出結果をｌｘ２゜ｌｙ２とすれば、先に求め
た位置検出結果ｌＸ１゜ｌｙｏとから次のようにしてチ
ップ１の全体的な位置ずれＡＸｏ、Ａｙｏと、その回転
θを求めることができる。

即ち、位置ずれ量ＡＸ。２勺。と、回転角θとの間には
、 なる関係が成立する。

この数学式を計算機１９にて演算することにより、半導
体チップ１の位置情報が極めて正確に求められる。

このように本装置によれば、半導体チップ１の像、特に
明るく結像されるパッド１ａの像を走査線及び画素位置
によって区分される標本化領域における像信号として検
出し、そのパターン検出からパターン情報を得ている。

そして、そのパターン情報から目標とする位置検出のパ
ッドのパターンを選択して、同パターンにおける各絵素
情報から目標位置からのずれを求め、更には半導体チッ
プの回転ずれまでも求めるようにしたものである。

従って従来のようにチップのエツジからの位置検出と異
なり、その検出精度は極めて高いものとなる。

また上記従来法と異なり、目標とするパッド１ａの位置
を直接的に求めている為に、チップ縁の欠は等による悪
影響が生じる慮れもない。

またチップ自体に検出マークを付ける必要もないので、
半導体素子の機能に悪影響を及ぼすこともなく、マーク
を付する煩られしさもない。

故に高精度な位置決めを成し得るボンディング装置を容
易に実現でき、しかもその自動化も極めて容易である。

更に、パターン検出は、検出絵素情報に基づいて定めら
れた閾値Ｓに基づいてなされる為、チップ表面の状態に
左右されることなく、常に安定に行うことができその効
果は絶大である。

第５図は本発明の第２の実施例を示す概略構成図で、撮
像装置７に順次走査形のものを用いたものである。

この実施例装置は、−画像の絵素情報に基づいて閾値計
算回路１２にて求められた閾値Ｓと、−走査線の情報を
順次比較し、２値化してシフトレジスタ１６に記憶収納
するようにしたものである。

そして、シフトレジスタ１６に収納された一定査線毎に
パターン検出を行い、その検出情報を計算機１９に順次
供給するようにしたものである。

計算機１９は一定査線毎に入力されるパターン検出情報
に基づいて、前記第１の実施例と同様な演算処理を行い
、位置検出している。

また第６図は本発明の第３の実施例を示す概略構成図で
ある。

この装置は撮像装置７で半導体チップ１の像を一走査す
る都度、撮像系をチップ１と相対的に上記走査方向と直
交する方向に所定幅機械的に移動させて、前記チップ１
の全体に亘る像を得るものである。

つまり電気−機械ハイブリッド走査型のものである。

このような装置では機械的な移動にそれぞれ対応して一
定査線の絵素情報が映像記憶装置２１に記憶される。

そしてこれらの記憶された走査線の情報を映像分配器２
２によって選択的に読み出して前述した各実施例と同様
にして位置検出を行うようにしたものである。

尚、この装置にあって、映像記憶装置２１は像信号をア
ナログ情報として記憶してもよく、またデジタル信号に
変換したのち記憶してもよいことは勿論のことである。

このように構成された装置にあっても、前記第１の実施
例に示される効果と同様な効果が発揮されることは明ら
かである。

尚、本発明は上記各実施例に限定されるものではない。

例えば撮像装置によって得る像信号の走査線数や絵素手
数等は適宜窓めればよいものである。

また測定に供する半導体チップのパッドパターンも限定
されるものではなく、種々のパターンに対して効果的に
位置検出を行い得る。

また、順次走査して得られる像信号に対しては、−走査
時間、二走査時間等の遅延処理を施こして複数の走査線
情報を同時に得、パターン検出に供するようにしてもよ
い。

以上要するに本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々
変形して実施することができる。

以上詳述したように本発明によれば半導体チップのパッ
ドパターンを光学像として得、そのパターン検出と、パ
ターン検出に基づく像信号のレベルとから極めて容易に
、且つ高精度に位置検出を行うことができる。

しかも装置の構成は極めて簡単であり、チップの縁形状
等に依存することなく、パッド位置を直接的に検出する
ことができる。

従ってボンディング装置に適用して無人自動化を容易に
はかることも可能であり、その精度を十分に確保するこ
とができる等の種々格別な絶大なる利点・効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】 第１図は半導体チップと基台との関係を示す図、第２図
は半導体チップの像を示す図、第３図は本発明の第１の
実施例装置を示す概略構成図、第４図は同実施例の作用
を説明する為の絵素位置とパターン像との関係を示す図
、第５図は第２の実施例装置を示す概略構成図、第６図
は第３の実施例装置を示す要部概略構成図である。 １・・・・・・半導体チップ、１ａ・・・・・・パット
、２・・・・・・基台、２ａ・・・・・・リード部、３
・・・・・・リード線、４・・・・・・ハーフミラ−１
５・・・・・・光源、６・・・・・・レンズ、７・・・
・・撮像装置、８・・・・・・移動ステージ、９・・・
・・・駆動回路、１１・・・・・映像切換回路、１２・
・・・・・閾値計算回路、１３ 、１３ ａ、 〜、
１３ ｂ−−−−・−比較器、１４・・・・・・パター
ン検出回路、１５，１８・・・・・・設定器、１６・・
・・・・シフトレジスタ、１７・・・・・・目標パター
ン検出回路、１９・・・・・・計算機、２０・・・・・
・Ａ／Ｄ変換器、２１・・・・・映像記憶装置、２２・
・・・・・映像分配器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体チップを撮像し、走査して同チップの像信号
   を出力する撮像装置と、上記像信号の少くとも最大信号
   レベル、及び最小信号レベルに基づいて像信号に対する
   閾値を定める閾値回路と、上記閾値と前記像信号とを比
   較して前記半導体チップの２値化パターン情報を得る手
   段と、上記２値化パターン情報と予め定められた目標パ
   ターン情報とを比較して目標パターンを検出するパター
   ン検出回路と、上記目標パターンが検出された前記像信
   号の走査情報を位置情報として抽出する手段と、上記位
   置情報で示される画像位置の像信号から上記検出された
   目標パターンの中心位置を検出する手段とを具備したこ
   とを特徴とする位置検出装置。 ２ 前記走査情報は、半導体チップを撮像した一画面の
   走査線番号と、その走査線を標本化して得られる画素配
   列の画素番号とからなるものである特許請求の範囲第１
   項記載の位置検出装置。