ボンディング装置及びボンディング装置のオフセット量補正方法
【課題】簡便な方法で、カメラの光軸が傾いている場合でも良好なボンディングを行う。
【解決手段】基準部材が視野内の中心となるようにボンディングヘッドの位置を調整した後、ボンディングヘッドをマイナスＸ方向にオフセット量だけ移動させてボンディングツールと基準部材との第１の画像を取得し、この画像から第１のズレ量を取得し、基準部材を上昇させた後、基準部材が視野内の中心となるようにボンディングヘッドをプラスＸ方向に移動させた後、ボンディングヘッドをマイナスＸ方向にオフセット量だけ移動させてボンディングツールと基準部材との第２の画像を取得し、第２の画像からボンディングツールと基準部材との第１の方向の第２のズレ量を取得し、第１のズレ量と第２のズレ量との差と基準部材のＺ方向の移動量に基づいてオフセット量を補正する。
【解決手段】基準部材が視野内の中心となるようにボンディングヘッドの位置を調整した後、ボンディングヘッドをマイナスＸ方向にオフセット量だけ移動させてボンディングツールと基準部材との第１の画像を取得し、この画像から第１のズレ量を取得し、基準部材を上昇させた後、基準部材が視野内の中心となるようにボンディングヘッドをプラスＸ方向に移動させた後、ボンディングヘッドをマイナスＸ方向にオフセット量だけ移動させてボンディングツールと基準部材との第２の画像を取得し、第２の画像からボンディングツールと基準部材との第１の方向の第２のズレ量を取得し、第１のズレ量と第２のズレ量との差と基準部材のＺ方向の移動量に基づいてオフセット量を補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボンディング装置の構造及びそのボンディング装置の撮像装置とボンディングツールとのオフセット量の補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造工程において、回路基板に取り付けられた半導体チップの電極であるパッドと回路基板の電極であるリードとをワイヤで接続するワイヤボンディングが行われ、これにはワイヤボンディング装置が用いられる。
【０００３】
これらの装置は半導体チップの表面の画像を撮像するカメラを備えている。カメラはその光軸がキャピラリからＸまたはＹ方向あるいはＸＹの両方向に一定の距離だけオフセットしてボンディングヘッドに取り付けられている。ボンディングの際には、半導体チップの取り付けられた基板をボンディングステージの上に吸着固定した後、カメラによって半導体チップ表面の特徴的な回路パターン等の画像を取得し、その取得した画像から半導体チップの位置及び、半導体チップの上に配置されているパッドの位置を取得する。そして、オフセット量だけボンディングヘッドを移動させ、キャピラリをパッドの位置に合わせてボンディングを行うものが多い。
【０００４】
このようなボンディング装置では、カメラは半導体チップの表面あるいは回路基板の表面に対してその光軸が垂直となるように取り付けられているので、半導体チップの表面と回路基板の表面とに高さ方向の段差があった場合でも、キャピラリとのオフセット量は変化せず、ボンディング位置の高さにかかわらずキャピラリの位置をパッドの上に正確に位置させることが出来るよう構成されている。また、運転中の温度変化などによってカメラの光軸とキャピラリとのオフセット量にズレが発生した場合等にそのズレを検出し、オフセット量を補正する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、カメラの光軸を半導体チップや回路基板の表面に対して垂直に取り付けるには、カメラをボンディングヘッドに組み付ける際に時間を掛けて調整することが必要であるが、カメラの光軸を半導体チップや回路基板に対して完全に垂直にすることは困難で、通常は垂直に対して多少の誤差を含んでいる。このため、半導体チップとリードのように高さに段差がある場合にはいずれかの面でカメラの光軸とキャピラリとのオフセット量を決めて、そのオフセット量に基づいてキャピラリを移動させると、他方の面にあるボンディング対象の上にキャピラリを移動する際にカメラの光軸の傾きに対応する位置誤差が生じてしまい、正確にボンディング対象の上にキャピラリを移動することが出来ないという問題があった。そこで、チップ側のオフセット量とリード側のオフセット量の２つのオフセット量を備え、チップ側のボンディングの際にはチップ側のオフセット量を用いてキャピラリの位置を移動させ、リード側のボンディングの際には、リード側のオフセット量を用いてキャピラリを移動させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３４１６０９１号明細書
【特許文献２】特許第２７５７１２７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、近年、半導体チップを複数枚積層した積層デバイスが増加してきている。このような積層デバイスでは、厚さが厚いことから積層デバイスの最上面のパッドとリードとの間の段差が大きくなり、カメラの光軸が積層デバイスに対して傾いている場合には、いずれかの面を基準にカメラの光軸とキャピラリとのオフセット量を決めた場合、キャピラリの位置の誤差が大きくなってしまい、良好なボンディングが出来ない場合が多くなってくる。また、積層デバイスでは、複数段に積層された半導体チップの中間の高さにある半導体チップのパッドにボンディングする場合がある。このような場合には、特許文献１，２に記載された従来技術では、カメラの光軸の傾きによって生ずるキャピラリの位置誤差或いはオフセット量のズレを補正することができないという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２に記載された従来技術では、積層デバイスの複数段にボンディングを行う場合には、各段で半導体チップの表面にキャピラリによって目印をつけ、その目印に対してカメラを移動させる動作を行わせなければならず、オフセット量の調整に手間が係るという問題があった。
【０００９】
本発明は、簡便な方法で、カメラの光軸が傾いている場合でも良好なボンディングを行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のボンディング装置は、ボンディングヘッドと、ボンディングツールと、撮像装置と、基準部材と、光学部材と、ボンディングヘッドと基準部材の移動を行う制御部と、を含み、ボンディングヘッドは、ＸＹ方向に自在に移動可能で、ボンディングツールは、ボンディングヘッドに取り付けられてボンディング対象にボンディングを行い、撮像装置は、ボンディングツールからＸ及び／又はＹ方向に所定の距離だけオフセットされてボンディングヘッドに取り付けられ、基準部材は、支持台に取り付けられてＸＹ方向と垂直なＺ方向に移動可能で、光学部材は、支持台の所定位置に配置され、ボンディングツールおよび基準部材の像光を反射させて撮像装置に導く反射面を含み、制御部は、第１の位置にある基準部材が撮像装置の視野内の所定位置となるようにボンディングヘッドの位置を調整した後、ボンディングヘッドを第１の方向にオフセット量だけ移動させて光学部材を介してボンディングツールと基準部材との第１の画像を取得する第１の画像取得手段と、第１の画像からボンディングツールと基準部材との第１の方向の第１のズレ量を取得する第１のズレ量取得手段と、基準部材を第１の位置よりもＺ方向の位置の異なる第２の位置に移動させた後、基準部材が撮像装置の視野内の所定位置となるようにボンディングヘッドを第１の方向と反対方向の第２の方向に移動させた後、ボンディングヘッドを第１の方向にオフセット量だけ移動させて光学部材を介してボンディングツールと基準部材との第２の画像を取得する第２の画像取得手段と、第２の画像からボンディングツールと基準部材との第１の方向の第２のズレ量を取得する第２のズレ量取得手段と、第１のズレ量取得手段により得られた第１のズレ量と第２のズレ量取得手段により得られた第２のズレ量との差と基準部材のＺ方向の移動量に基づいてボンディング対象のＺ方向位置に対するオフセット量を補正するオフセット量補正手段と、を含むこと、を特徴とする。
【００１１】
本発明のボンディング装置のオフセット量補正方法は、ＸＹ方向に移動自在のボンディングヘッドと、ボンディングヘッドに取り付けられ、ボンディング対象にボンディングを行うボンディングツールと、ボンディングツールからＸ及び／又はＹ方向に所定の距離だけオフセットされてボンディングヘッドに取り付けられる撮像装置と、支持台に取り付けられ、ＸＹ方向と垂直なＺ方向に移動可能な基準部材と、支持台の所定位置に配置され、ボンディングツールおよび基準部材の像光を反射させて撮像装置に導く反射面を含む光学部材とを含むボンディング装置を準備する工程と、第１の位置にある基準部材が撮像装置の視野内の所定位置となるようにボンディングヘッドの位置を調整した後、ボンディングヘッドを第１の方向にオフセット量だけ移動させて光学部材を介してボンディングツールと基準部材との第１の画像を取得する第１の画像取得工程と、第１の画像からボンディングツールと基準部材との第１の方向の第１のズレ量を取得する第１のズレ量取得工程と、基準部材を第１の位置よりもＺ方向の位置の異なる第２の位置に移動させた後、基準部材が撮像装置の視野内の所定位置となるようにボンディングヘッドを第１の方向と反対方向の第２の方向に移動させた後、ボンディングヘッドを第１の方向にオフセット量だけ移動させて光学部材を介してボンディングツールと基準部材との第２の画像を取得する第２の画像取得工程と、第２の画像からボンディングツールと基準部材との第１の方向の第２のズレ量を取得する第２のズレ量取得工程と、第１のズレ量取得工程により得られた第１のズレ量と第２のズレ量取得工程により得られた第２のズレ量との差と基準部材のＺ方向の移動量に基づいてボンディング対象のＺ方向位置に対するオフセット量を補正するオフセット量補正工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、簡便な方法で、カメラの光軸が傾いている場合でも良好なボンディングを行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の光学部材を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態における光学部材の平面と側面と各光路を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置のオフセット量の補正の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置のボンディングヘッドとキャピラリと基準ピンとの移動を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置でカメラの視野の中心に基準ピンを合わせた画像を示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置で基準ピンとキャピラリとがカメラの視野に入った状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態のワイヤボンディング装置１０は、Ｘ軸モータ１８とＹ軸モータ１９とによってＸＹ方向に自在に移動するＸＹテーブル１１と、ＸＹテーブル１１によってＸＹ方向に自在に移動するボンディングヘッド１２と、キャピラリ１４が先端に取り付けられた超音波トランスデューサ１３ａと、超音波トランスデューサ１３ａのフランジ部１３ｂが固定されるボンディングアーム１３と、ボンディングヘッド１２に取り付けられ、ボンディングアーム１３をＺ軸方向に駆動するＺ軸モータ２０と、ボンディングヘッド１２に取り付けられた撮像装置であるカメラ１６と、光学部材２１とを備えている。図１において、ボンディングアーム１３の軸方向がＹ方向、水平面内でＹ方向に直角方向がＸ方向、ＸＹ方向と直角方向の上下方向がＺ方向である。
【００１５】
ボンディングアーム１３の先端に取り付けられたキャピラリ１４は先端が細くなった円錐形で、キャピラリ１４の先端は、Ｚ軸モータ２０とボンディングアーム１３によってリードフレーム３２またはリードフレーム３２に取り付けられた半導体チップ３３に対して接離方向に動作する。キャピラリ１４はボンディングアーム１３の後端に取り付けられた超音波振動子によってＹ方向に振動する。キャピラリ中心軸１５は、キャピラリ１４の先端が半導体チップ３３又はリードフレーム３２の表面に対して垂直に接する様に配置されている。また、キャピラリ１４の先端は、Ｚ軸モータ２０とボンディングアーム１３によってリードフレーム３２、半導体チップ３３の各表面とその表面が平行になるよう配置されている光学部材２１の支持台２８に対しても接離方向に移動する。
【００１６】
カメラ１６は鏡筒１６ａと、鏡筒１６ａの中に取り付けられたレンズやミラー光学系と光学系によって結像した画像を電気信号に変換するＣＣＤ或いはＣＭＯＳ等の撮像素子を含んでおり、光学系の中心軸であるカメラ光軸１７は撮像素子の中心を通る線で、取得画像の中心位置を通る線である。カメラ光軸１７は撮像する半導体チップ３３あるいはリードフレーム３２の表面に対して略垂直であると共に光学部材２１の支持台２８の表面に対して略垂直になるように配置されている。
【００１７】
図２に示すように、キャピラリ中心軸１５とカメラ光軸１７とはいずれも光学部材２１の支持台２８の表面に略垂直となるように配置されているので、キャピラリ中心軸１５とカメラ光軸１７とは略平行となっている。そして、図１に示すように、カメラ光軸１７は、キャピラリ中心軸１５からＸ方向オフセット量Ｘｗ、Ｙ方向オフセット量Ｙｗだけ離れて配置されている。キャピラリ１４はボンディングアーム１３を介してボンディングヘッド１２に取り付けられており、カメラ１６はボンディングヘッド１２に固定されているので、キャピラリ中心軸１５とカメラ光軸１７とは常にＸ方向オフセット量Ｘｗ、Ｙ方向オフセット量Ｙｗを含むオフセット量Ｗだけ離れてＸＹ方向に同時に移動する。
【００１８】
図２及び図３（ａ）に示すように、光学部材２１の支持台２８にはプリズム２４，２５，２７、ハーフミラー２６、および照明用の光源としてのレーザダイオード２２，２３と、基準ピン３０とが設置されている。
【００１９】
図３（ａ）に示すように、プリズム２４は基準ピン３０に対してＹ方向のマイナス側に、またプリズム２５はプリズム２４に対してＸ方向マイナス側に、それぞれ設置されている。基準ピン３０のＸ方向マイナス側にはハーフミラー２６が、またＸ方向プラス側にはレーザダイオード２２が設置されており、基準ピン３０を挟んでプリズム２４の反対側にはレーザダイオード２３が設置されている。レーザダイオード２２，２３はそれぞれ平行光を生ずるように設定されている。ハーフミラー２６のＸ方向マイナス側にはプリズム２７が設置されている。プリズム２７の反射面の中心と基準ピン３０との間隔ｄｗは、カメラ１６のカメラ光軸１７とキャピラリ１４のキャピラリ中心軸１５とのＸ方向のオフセット量Ｘｗと略等しくなっている。
【００２０】
プリズム２４の反射面は、Ｘ方向（すなわち、レーザダイオード２２とハーフミラー２６とのなす方向）に対し−４５°の角度で交差しており、他方プリズム２５の反射面とハーフミラー２６の反射面とは互いに平行とし、いずれもＸ方向に対し４５°の角度で交差している。プリズム２７の反射面は、図３（ｂ）に示すように水平方向であるＸＹ平面に対して４５°の角度で交差している。レーザダイオード２３からの光はレーザダイオード２３からマイナスＹ方向に進み、プリズム２４，２５で反射してプラスＹ方向に進み、ハーフミラー２６の反射面で反射してマイナスＸ方向に進んでプリズム２７の反射面に至る。他方、レーザダイオード２２からの光はレーザダイオード２２からマイナスＸ方向に進み、ハーフミラー２６を透過してプリズム２７の反射面に至る。そして両レーザダイオード２２，２３からの光はプリズム２７の反射面でＺ方向に反射してカメラ１６に導かれる。なお、プリズム２４，２５，２７に代えてミラー等の鏡面体を用いてもよい。
【００２１】
図３（ｂ）に示すように、キャピラリ１４を基準ピン３０の近傍に配置させ、レーザダイオード２３を点灯させると、カメラ１６は、Ｘ方向面内のキャピラリ１４の先端部分と、基準ピン３０との画像を取得することができ、その画像を処理することによってキャピラリ１４のキャピラリ中心軸１５と基準ピン３０の中心軸３１とのＸ方向のズレを検出することが出来る。また、キャピラリ１４を基準ピン３０の近傍に配置させ、レーザダイオード２２を点灯させると、カメラ１６は、Ｙ方向面内のキャピラリ１４の先端部分と、基準ピン３０との画像を取得することができ、その画像を処理することによってキャピラリ１４のキャピラリ中心軸１５と基準ピン３０の中心軸３１とのＹ方向のズレを検出することができる。
【００２２】
基準ピン３０は、キャピラリ１４の先端と略同様の直径の円錐台形状の部材で、図示しない駆動機構によってＺ方向に進退して、その頂部の高さを調整することができるように構成されている。また、図３（ａ）に示すように、基準ピン３０の頂部には基準ピンの中心軸３１の位置を示す中心マーク３１ａが設けられている。
【００２３】
図１に示すように、ＸＹテーブルを駆動するＸ軸モータ１８、Ｙ軸モータ１９及びボンディングアーム１３を駆動するＺ軸モータ２０、レーザダイオード２２，２３、カメラ１６、はそれぞれ制御部６０のＸ軸モータ駆動インターフェース６５、Ｙ軸モータ駆動インターフェース６６、Ｚ軸モータ駆動インターフェース６７、レーザダイオード駆動インターフェース６２，６３、カメラ駆動インターフェース６４に接続されている。各インターフェース６２〜６７はデータバス６８を介して信号処理を行うＣＰＵ６１に接続されている。また、図示しない基準ピン３０の駆動機構もインターフェースを介してＣＰＵ６１に接続されている。また、制御部６０のＣＰＵ６１には、データバス６８を介して動作プログラムやデータを記憶するメモリ７０が接続されている。メモリ７０には、後で説明するワイヤボンディング装置１０のボンディング動作の制御を行うボンディング制御プログラム７１と、その制御用データであるボンディング制御用データ７２と、カメラ１６によって第１の画像を取得する第１の画像取得プログラム７３と、取得した第１の画像から第１のズレ量を取得する第１のズレ量取得プログラム７４と、カメラ１６によって第２の画像を取得する第２の画像取得プログラム７５と、取得した第２の画像から第１のズレ量を取得する第２のズレ量取得プログラム７６と、が格納されると共に、取得した各データを格納する取得データ格納領域７７を備えている。以上説明したように、制御部６０は内部に信号処理を行うＣＰＵ６１とメモリ７０とを含むコンピュータである。なお、図１において、各機器と制御部６０との間の一点鎖線は信号線を示している。
【００２４】
以上のように構成されたワイヤボンディング装置１０の動作について図４から図７を参照しながら説明する。以下、説明する実施形態では、カメラ１６のカメラ光軸１７は、支持台２８の表面に対して傾いて取り付けられている。
【００２５】
制御部６０は、基準ピン３０の頂部の高さを第１の高さである初期高さにあるかどうかを確認する。基準ピン３０の頂部の高さが初期高さとなっていない場合には、駆動機構を動作させ、基準ピン３０の高さを初期高さにする。以下の説明では、この初期高さにある状態の基準ピンには符号３０１を付して基準ピン３０１として説明する。
【００２６】
制御部６０は、図４のステップＳ１０１に示すように、ボンディングヘッド１２の初期位置合わせを行う。図６に示すように、カメラ１６の視野４１の中のＸ方向のカーソル線４２とＹ方向のカーソル線４３との交点である中心４４に基準ピン３０１の中心マーク３１ａが来るようにボンディングヘッド１２を移動させる。そして、基準ピン３０１の中心マーク３１ａが視野４１の中心４４に一致したら、或いは、所定の誤差範囲に入ったら、ボンディングヘッド１２の移動を停止する。なお、基準ピン３０１の中心マーク３１ａを合わせる位置は中心４４でなくとも所定の位置であれば良い。
【００２７】
図５の実線で示すように、ボンディングヘッド１２の初期位置合わせが終了すると、カメラ１６は基準ピン３０１の略真上に位置している。カメラ光軸１７は、基準ピン３０１の頂部の中心マーク３１ａを通り、基準ピン３０１の中心軸３１から角度θだけ傾いている。また、キャピラリ１４は、基準ピン３０１の中心軸３１からＸ方向に実際のＸ方向オフセット量Ｘｗだけ離れたところに位置している。この位置に移動した際のキャピラリは符号１４１を付して、キャピラリ１４１として以下説明する。
【００２８】
図４のステップＳ１０２に示すように、制御部６０は、ボンディングヘッド１２をマイナスＸ方向に向けて、メモリ７０のボンディング制御用データ７２に格納されているＸ方向の設定オフセット量Ｘ１だけ移動させる。すると、図５に示すように、ボンディングヘッド１２の移動と共にカメラ１６とキャピラリ１４もマイナスＸ方向に設定オフセット量Ｘ１だけ移動する。カメラ１６のカメラ光軸１７１、キャピラリ１４１は図５の点線で示すように移動して、それぞれカメラ光軸１７２、キャピラリ１４２の位置になる。この状態で、キャピラリ１４２のキャピラリ中心軸１５２は基準ピン３０１の中心軸３１とＸ方向に距離ΔＸ１だけずれた位置となっている。これは、制御部６０のメモリ７０のボンディング制御用データ７２に格納されているＸ方向の設定オフセット量Ｘ１と実際のＸ方向オフセット量Ｘｗとの間にズレがあるためである。距離ΔＸ１は、第１のズレ量となる。制御部６０は、レーザダイオード２２を消灯させた状態で光学部材２１のレーザダイオード２３を点灯させる。すると、レーザダイオード２３から放射された光は、図３に示すように、基準ピン３０１の周辺を通過してプリズム２４に入射し、プリズム２５とハーフミラー２６とプリズム２７によって光路を変更されてカメラ１６に入射し、図７に示すカメラ１６の視野４５には、基準ピン３０１とキャピラリ１４２との画像が映し出される。基準ピン３０１とキャピラリ１４２はそれぞれレーザダイオード２２からの光をさえぎるので黒い画像として映し出される。制御部６０は、図４のステップＳ１０３に示すように、基準ピン３０１とキャピラリ１４２の画像を取得して（第１の画像取得工程）、図４のステップＳ１０４に示すように、二値化処理などのデータ処理を行い、それぞれの中心軸３１，１５２の位置を求め、その間の距離ΔＸ１を取得する（第１のズレ量取得工程）。距離ΔＸ１の取得は撮像素子に映し出された画像間の画素数数を数えることによって求めることとしても良い。制御部６０は、取得した第１のズレ量である距離ΔＸ１をメモリ７０の取得データ格納領域７７に格納する。
【００２９】
図４のステップＳ１０５示すように、制御部６０は、図示しない駆動機構によって基準ピン３０１の高さを図５に示すように、高さＨだけ上昇させる。高さが上昇した基準ピン３０１には符号３０２を付して基準ピン３０２とし、高さが上昇した中心マーク３１ａには符号３１ａ´を付して中心マーク３１ａ´として以下説明する。
【００３０】
制御部６０は、図４のステップＳ１０６及び図６に示すように、カメラ１６の視野４１の中のＸ方向のカーソル線４２とＹ方向のカーソル線４３との交点である中心４４に基準ピン３０２の中心マーク３１ａ´が来るようにボンディングヘッド１２を移動させる。そして、基準ピン３０２の中心マーク３１ａ´が視野４１の中心４４に一致したら、或いは、所定の誤差範囲に入ったら、ボンディングヘッド１２の移動を停止する。すると、図５に示すように、ボンディングヘッド１２の移動と共にカメラ１６とキャピラリ１４もプラスＸ方向に距離Ｘ２だけ移動する。カメラ１６のカメラ光軸１７２、キャピラリ１４２は移動してそれぞれ図５の一点鎖線で示すように、カメラ光軸１７３、キャピラリ１４３の位置になる。カメラ光軸１７３は頂部の高さが上昇した基準ピン３０２の頂部の中心マーク３１ａ´を通る位置に移動してきている。図５に示すように、このカメラ光軸１７３の位置はボンディングヘッド１２を初期位置に合わせた際のカメラ光軸１７１よりもＸ方向のプラス側によった位置となっている。これは、カメラ光軸１７１，１７３は基準ピン３０１，３０２の中心軸３１に対して角度θだけ傾いているため、カメラ光軸１７２からカメラ光軸１７３までボンディングヘッド１２を移動させるには、ボンディングヘッド１２を設定オフセット量Ｘ１に距離ΔＸ２＝Ｈ×ｔａｎθを加えた距離だけ移動させる必要があるからである。この距離ΔＸ２は、カメラ光軸１７の傾きによって生じる実際のオフセット量Ｘｗと設定オフセット量Ｘ１とのズレ量である。また、カメラ光軸１７３が基準ピン３０２の中心マーク３１ａ´を通る位置にある場合には、キャピラリ１４３はキャピラリ中心軸１５３が基準ピン３０２の中心軸３１から実際のＸ方向オフセット量Ｘｗだけ離れたところに位置している。この位置は、先に説明したキャピラリ１４１のキャピラリ中心軸１５１の位置からＸ方向に距離ΔＸ２だけ離れた位置である。
【００３１】
図４のステップＳ１０７に示すように、制御部６０は、再びボンディングヘッド１２をマイナスＸ方向に向けて、Ｘ方向の設定オフセット量Ｘ１だけ移動させる。すると、図５に示すように、ボンディングヘッド１２の移動と共にカメラ１６とキャピラリ１４３もマイナスＸ方向にＸ方向の設定オフセット量Ｘ１だけ移動する。カメラ１６のカメラ光軸１７３、キャピラリ１４３は移動してそれぞれ図５の２点鎖線で示すようにカメラ光軸１７４、キャピラリ１４４の位置になる。この状態で、キャピラリ１４４のキャピラリ中心軸１５４は基準ピン３０２の中心軸３１とＸ方向に距離ΔＸ３だけずれた位置となっている。この距離ΔＸ３は、先に制御部６０が取得した、Ｘ方向の設定オフセット量Ｘ１と実際のＸ方向オフセット量Ｘｗとの間にズレ量である距離ΔＸ１と先に説明したカメラ光軸１７の傾きによって生じるＸ方向の設定オフセット量Ｘ１と実際のＸ方向オフセット量Ｘｗのズレ量である距離ΔＸ２との合計距離となっている。
【００３２】
図４のステップＳ１０８に示すように、制御部６０は、再びレーザダイオード２２を消灯させた状態で光学部材２１のレーザダイオード２３を点灯させ、先に説明したのと同様の方法で、図７の視野４５に映しだされた基準ピン３０２とキャピラリ１４４の画像を取得して（第２の画像取得工程）、図４のステップＳ１０９に示すように、二値化処理などのデータ処理を行い、それぞれの中心軸３１，１５４の位置を求め、その間の距離ΔＸ３を取得する。距離ΔＸ３の取得は撮像素子に映し出された画像間の画素数数を数えることによって求めることとしても良い。制御部６０は、取得した距離ΔＸ３をメモリ７０の取得データ格納領域７７に格納する。そして、制御部６０は、カメラ光軸１７の傾きによって生じるオフセット量Ｘｗのズレ量である距離ΔＸ２をΔＸ２＝ΔＸ３−ΔＸ１として取得する（第２のズレ量取得工程）。距離ΔＸ２は、第２のズレ量である。
【００３３】
先に説明したように、カメラ光軸の傾き角度θは、距離ΔＸ２と基準ピン３０のＺ方向の移動高さＨとから、θ＝ｔａｎ−１（ΔＸ２／Ｈ）として表せる。また、単位高さ当たりのＸ方向ズレ量ΔＸ０は、ΔＸ０＝ΔＸ２／Ｈとして表される。したがって、設定オフセット量Ｘ１の基準となっているＺ方向位置とボンディングしようとする半導体チップ３３のパッドの高さとの段差ｈに、単位高さ当たりのＸ方向ズレ量ΔＸ０を掛け合わせて高さによるオフセット量の補正値ΔＸｈを、ΔＸｈ＝ｈ×ΔＸ０＝ｈ×（ΔＸ２／Ｈ）として求めることができる（オフセット量補正工程）。
【００３４】
そして、ボンディングの際には、図４のステップＳ１１０に示すように、制御部６０は、カメラ１６によって検出した半導体チップ３３のパッド位置に対して、メモリ７０のボンディング制御用データ７２に格納されているＸ方向の設定オフセット量Ｘ１にＸ方向の設定オフセット量Ｘ１と実際のＸ方向オフセット量Ｘｗとの間のズレ量である距離ΔＸ１を加え、さらに、高さによるオフセット量の補正値ΔＸｈを加えた補正後オフセット量Ｘ１´＝Ｘ１＋ΔＸ１＋ΔＸｈだけボンディングヘッド１２を移動させると、カメラ光軸１７が傾いて取り付けられていても、その傾きによって発生する位置誤差を補正して、キャピラリ１４のキャピラリ中心軸１５を正確に半導体のパッドの位置に移動させることができる。
【００３５】
以上の実施形態の説明では、Ｘ方向の設定オフセット量Ｘ１の補正について説明したが、Ｙ方向の設定オフセット量Ｙ１の補正も同様に行うことができる。この場合は、光学部材２１のレーザダイオード２３を消灯して、レーザダイオード２２を点灯させて基準ピン３０とキャピラリ１４との画像を取得する。
【００３６】
以上述べたように、本実施形態は、簡便な方法で、カメラ光軸１７の傾きによって生じるキャピラリ１４とカメラ光軸１７との設定オフセット量と実際のオフセット量とのズレを補正することができ、ボンディング精度を向上させることができる。また、積層デバイスのように厚さが厚く最上面の半導体チップのパッドとリードとの間の段差が大きい場合でも、設定オフセット量をカメラ光軸１７の傾きに応じて補正できるので、キャピラリの位置の誤差を小さくして良好なボンディングが出来る。さらに、複数段に積層された半導体チップの中間の高さにある半導体チップのパッドにボンディングする場合でも、各段のボンディング高さを入力すれば簡単に各段の高さに応じて設定オフセット量補正でき、キャピラリの位置の誤差を小さくして精度の良いボンディングが出来る。また、光学部材２１によって設定オフセット量の補正量を決定することが出来るので、経時的に設定オフセット量と実際のオフセット量との間にズレが生じた場合でも、ワイヤボンディング装置１０を停止させずに設定オフセット量の補正量を再度調整することができることからボンディングの作業効率を向上させることができる。
【００３７】
以上の実施形態は本発明をワイヤボンディング装置１０に適用した場合について説明したが、ボンディングツールからオフセットしてカメラをボンディングヘッドに取り付けているバンプボンディング装置、ダイボンディング装置など他の形式のボンディング装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０ ワイヤボンディング装置、１１ ＸＹテーブル、１２ ボンディングヘッド、１３ ボンディングアーム、１３ａ 超音波トランスデューサ、１３ｂ フランジ部、１４，１４１，１４２，１４３，１４４ キャピラリ、１５，１５１，１５２，１５３，１５４ キャピラリ中心軸、１６ カメラ、１６ａ 鏡筒、１７，１７１，１７２，１７３，１７４ カメラ光軸、１８ Ｘ軸モータ、１９ Ｙ軸モータ、２０ Ｚ軸モータ、２１ 光学部材、２２，２３ レーザダイオード、２４，２５，２７ プリズム、２６ ハーフミラー、２８ 支持台、３０，３０１，３０２ 基準ピン、３１ 中心軸、３１ａ，３１ａ´ 中心マーク、３２ リードフレーム、３３ 半導体チップ、４１，４５ 視野、４２，４３ カーソル線、４４ 中心、５０ ワイヤ、６０ 制御部、６１ ＣＰＵ、６２，６３ レーザダイオード駆動インターフェース、６４ カメラ駆動インターフェース、６５ Ｘ軸モータ駆動インターフェース、６６ Ｙ軸モータ駆動インターフェース、６７ Ｚ軸モータ駆動インターフェース、６８ データバス、７０メモリ、７１ ボンディング制御プログラム、７２ ボンディング制御用データ、７３ 第１の画像取得プログラム、７４ 第１のズレ量取得プログラム、７５ 第２の画像取得プログラム、７６ 第２のズレ量取得プログラム、７７ 取得データ格納領域、ｄｗ 間隔、ｈ 段差、Ｗ オフセット量、Ｘ１ 設定オフセット量、Ｘ２ 距離、Ｘｗ Ｘ方向オフセット量、Ｙｗ Ｙ方向オフセット量、ΔＸ０ ズレ量、ΔＸ１〜ΔＸ３ 距離、ΔＸｈ 補正値、θ 角度。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボンディング装置の構造及びそのボンディング装置の撮像装置とボンディングツールとのオフセット量の補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造工程において、回路基板に取り付けられた半導体チップの電極であるパッドと回路基板の電極であるリードとをワイヤで接続するワイヤボンディングが行われ、これにはワイヤボンディング装置が用いられる。
【０００３】
これらの装置は半導体チップの表面の画像を撮像するカメラを備えている。カメラはその光軸がキャピラリからＸまたはＹ方向あるいはＸＹの両方向に一定の距離だけオフセットしてボンディングヘッドに取り付けられている。ボンディングの際には、半導体チップの取り付けられた基板をボンディングステージの上に吸着固定した後、カメラによって半導体チップ表面の特徴的な回路パターン等の画像を取得し、その取得した画像から半導体チップの位置及び、半導体チップの上に配置されているパッドの位置を取得する。そして、オフセット量だけボンディングヘッドを移動させ、キャピラリをパッドの位置に合わせてボンディングを行うものが多い。
【０００４】
このようなボンディング装置では、カメラは半導体チップの表面あるいは回路基板の表面に対してその光軸が垂直となるように取り付けられているので、半導体チップの表面と回路基板の表面とに高さ方向の段差があった場合でも、キャピラリとのオフセット量は変化せず、ボンディング位置の高さにかかわらずキャピラリの位置をパッドの上に正確に位置させることが出来るよう構成されている。また、運転中の温度変化などによってカメラの光軸とキャピラリとのオフセット量にズレが発生した場合等にそのズレを検出し、オフセット量を補正する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、カメラの光軸を半導体チップや回路基板の表面に対して垂直に取り付けるには、カメラをボンディングヘッドに組み付ける際に時間を掛けて調整することが必要であるが、カメラの光軸を半導体チップや回路基板に対して完全に垂直にすることは困難で、通常は垂直に対して多少の誤差を含んでいる。このため、半導体チップとリードのように高さに段差がある場合にはいずれかの面でカメラの光軸とキャピラリとのオフセット量を決めて、そのオフセット量に基づいてキャピラリを移動させると、他方の面にあるボンディング対象の上にキャピラリを移動する際にカメラの光軸の傾きに対応する位置誤差が生じてしまい、正確にボンディング対象の上にキャピラリを移動することが出来ないという問題があった。そこで、チップ側のオフセット量とリード側のオフセット量の２つのオフセット量を備え、チップ側のボンディングの際にはチップ側のオフセット量を用いてキャピラリの位置を移動させ、リード側のボンディングの際には、リード側のオフセット量を用いてキャピラリを移動させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３４１６０９１号明細書
【特許文献２】特許第２７５７１２７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、近年、半導体チップを複数枚積層した積層デバイスが増加してきている。このような積層デバイスでは、厚さが厚いことから積層デバイスの最上面のパッドとリードとの間の段差が大きくなり、カメラの光軸が積層デバイスに対して傾いている場合には、いずれかの面を基準にカメラの光軸とキャピラリとのオフセット量を決めた場合、キャピラリの位置の誤差が大きくなってしまい、良好なボンディングが出来ない場合が多くなってくる。また、積層デバイスでは、複数段に積層された半導体チップの中間の高さにある半導体チップのパッドにボンディングする場合がある。このような場合には、特許文献１，２に記載された従来技術では、カメラの光軸の傾きによって生ずるキャピラリの位置誤差或いはオフセット量のズレを補正することができないという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２に記載された従来技術では、積層デバイスの複数段にボンディングを行う場合には、各段で半導体チップの表面にキャピラリによって目印をつけ、その目印に対してカメラを移動させる動作を行わせなければならず、オフセット量の調整に手間が係るという問題があった。
【０００９】
本発明は、簡便な方法で、カメラの光軸が傾いている場合でも良好なボンディングを行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のボンディング装置は、ボンディングヘッドと、ボンディングツールと、撮像装置と、基準部材と、光学部材と、ボンディングヘッドと基準部材の移動を行う制御部と、を含み、ボンディングヘッドは、ＸＹ方向に自在に移動可能で、ボンディングツールは、ボンディングヘッドに取り付けられてボンディング対象にボンディングを行い、撮像装置は、ボンディングツールからＸ及び／又はＹ方向に所定の距離だけオフセットされてボンディングヘッドに取り付けられ、基準部材は、支持台に取り付けられてＸＹ方向と垂直なＺ方向に移動可能で、光学部材は、支持台の所定位置に配置され、ボンディングツールおよび基準部材の像光を反射させて撮像装置に導く反射面を含み、制御部は、第１の位置にある基準部材が撮像装置の視野内の所定位置となるようにボンディングヘッドの位置を調整した後、ボンディングヘッドを第１の方向にオフセット量だけ移動させて光学部材を介してボンディングツールと基準部材との第１の画像を取得する第１の画像取得手段と、第１の画像からボンディングツールと基準部材との第１の方向の第１のズレ量を取得する第１のズレ量取得手段と、基準部材を第１の位置よりもＺ方向の位置の異なる第２の位置に移動させた後、基準部材が撮像装置の視野内の所定位置となるようにボンディングヘッドを第１の方向と反対方向の第２の方向に移動させた後、ボンディングヘッドを第１の方向にオフセット量だけ移動させて光学部材を介してボンディングツールと基準部材との第２の画像を取得する第２の画像取得手段と、第２の画像からボンディングツールと基準部材との第１の方向の第２のズレ量を取得する第２のズレ量取得手段と、第１のズレ量取得手段により得られた第１のズレ量と第２のズレ量取得手段により得られた第２のズレ量との差と基準部材のＺ方向の移動量に基づいてボンディング対象のＺ方向位置に対するオフセット量を補正するオフセット量補正手段と、を含むこと、を特徴とする。
【００１１】
本発明のボンディング装置のオフセット量補正方法は、ＸＹ方向に移動自在のボンディングヘッドと、ボンディングヘッドに取り付けられ、ボンディング対象にボンディングを行うボンディングツールと、ボンディングツールからＸ及び／又はＹ方向に所定の距離だけオフセットされてボンディングヘッドに取り付けられる撮像装置と、支持台に取り付けられ、ＸＹ方向と垂直なＺ方向に移動可能な基準部材と、支持台の所定位置に配置され、ボンディングツールおよび基準部材の像光を反射させて撮像装置に導く反射面を含む光学部材とを含むボンディング装置を準備する工程と、第１の位置にある基準部材が撮像装置の視野内の所定位置となるようにボンディングヘッドの位置を調整した後、ボンディングヘッドを第１の方向にオフセット量だけ移動させて光学部材を介してボンディングツールと基準部材との第１の画像を取得する第１の画像取得工程と、第１の画像からボンディングツールと基準部材との第１の方向の第１のズレ量を取得する第１のズレ量取得工程と、基準部材を第１の位置よりもＺ方向の位置の異なる第２の位置に移動させた後、基準部材が撮像装置の視野内の所定位置となるようにボンディングヘッドを第１の方向と反対方向の第２の方向に移動させた後、ボンディングヘッドを第１の方向にオフセット量だけ移動させて光学部材を介してボンディングツールと基準部材との第２の画像を取得する第２の画像取得工程と、第２の画像からボンディングツールと基準部材との第１の方向の第２のズレ量を取得する第２のズレ量取得工程と、第１のズレ量取得工程により得られた第１のズレ量と第２のズレ量取得工程により得られた第２のズレ量との差と基準部材のＺ方向の移動量に基づいてボンディング対象のＺ方向位置に対するオフセット量を補正するオフセット量補正工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、簡便な方法で、カメラの光軸が傾いている場合でも良好なボンディングを行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の光学部材を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態における光学部材の平面と側面と各光路を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置のオフセット量の補正の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置のボンディングヘッドとキャピラリと基準ピンとの移動を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置でカメラの視野の中心に基準ピンを合わせた画像を示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置で基準ピンとキャピラリとがカメラの視野に入った状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態のワイヤボンディング装置１０は、Ｘ軸モータ１８とＹ軸モータ１９とによってＸＹ方向に自在に移動するＸＹテーブル１１と、ＸＹテーブル１１によってＸＹ方向に自在に移動するボンディングヘッド１２と、キャピラリ１４が先端に取り付けられた超音波トランスデューサ１３ａと、超音波トランスデューサ１３ａのフランジ部１３ｂが固定されるボンディングアーム１３と、ボンディングヘッド１２に取り付けられ、ボンディングアーム１３をＺ軸方向に駆動するＺ軸モータ２０と、ボンディングヘッド１２に取り付けられた撮像装置であるカメラ１６と、光学部材２１とを備えている。図１において、ボンディングアーム１３の軸方向がＹ方向、水平面内でＹ方向に直角方向がＸ方向、ＸＹ方向と直角方向の上下方向がＺ方向である。
【００１５】
ボンディングアーム１３の先端に取り付けられたキャピラリ１４は先端が細くなった円錐形で、キャピラリ１４の先端は、Ｚ軸モータ２０とボンディングアーム１３によってリードフレーム３２またはリードフレーム３２に取り付けられた半導体チップ３３に対して接離方向に動作する。キャピラリ１４はボンディングアーム１３の後端に取り付けられた超音波振動子によってＹ方向に振動する。キャピラリ中心軸１５は、キャピラリ１４の先端が半導体チップ３３又はリードフレーム３２の表面に対して垂直に接する様に配置されている。また、キャピラリ１４の先端は、Ｚ軸モータ２０とボンディングアーム１３によってリードフレーム３２、半導体チップ３３の各表面とその表面が平行になるよう配置されている光学部材２１の支持台２８に対しても接離方向に移動する。
【００１６】
カメラ１６は鏡筒１６ａと、鏡筒１６ａの中に取り付けられたレンズやミラー光学系と光学系によって結像した画像を電気信号に変換するＣＣＤ或いはＣＭＯＳ等の撮像素子を含んでおり、光学系の中心軸であるカメラ光軸１７は撮像素子の中心を通る線で、取得画像の中心位置を通る線である。カメラ光軸１７は撮像する半導体チップ３３あるいはリードフレーム３２の表面に対して略垂直であると共に光学部材２１の支持台２８の表面に対して略垂直になるように配置されている。
【００１７】
図２に示すように、キャピラリ中心軸１５とカメラ光軸１７とはいずれも光学部材２１の支持台２８の表面に略垂直となるように配置されているので、キャピラリ中心軸１５とカメラ光軸１７とは略平行となっている。そして、図１に示すように、カメラ光軸１７は、キャピラリ中心軸１５からＸ方向オフセット量Ｘｗ、Ｙ方向オフセット量Ｙｗだけ離れて配置されている。キャピラリ１４はボンディングアーム１３を介してボンディングヘッド１２に取り付けられており、カメラ１６はボンディングヘッド１２に固定されているので、キャピラリ中心軸１５とカメラ光軸１７とは常にＸ方向オフセット量Ｘｗ、Ｙ方向オフセット量Ｙｗを含むオフセット量Ｗだけ離れてＸＹ方向に同時に移動する。
【００１８】
図２及び図３（ａ）に示すように、光学部材２１の支持台２８にはプリズム２４，２５，２７、ハーフミラー２６、および照明用の光源としてのレーザダイオード２２，２３と、基準ピン３０とが設置されている。
【００１９】
図３（ａ）に示すように、プリズム２４は基準ピン３０に対してＹ方向のマイナス側に、またプリズム２５はプリズム２４に対してＸ方向マイナス側に、それぞれ設置されている。基準ピン３０のＸ方向マイナス側にはハーフミラー２６が、またＸ方向プラス側にはレーザダイオード２２が設置されており、基準ピン３０を挟んでプリズム２４の反対側にはレーザダイオード２３が設置されている。レーザダイオード２２，２３はそれぞれ平行光を生ずるように設定されている。ハーフミラー２６のＸ方向マイナス側にはプリズム２７が設置されている。プリズム２７の反射面の中心と基準ピン３０との間隔ｄｗは、カメラ１６のカメラ光軸１７とキャピラリ１４のキャピラリ中心軸１５とのＸ方向のオフセット量Ｘｗと略等しくなっている。
【００２０】
プリズム２４の反射面は、Ｘ方向（すなわち、レーザダイオード２２とハーフミラー２６とのなす方向）に対し−４５°の角度で交差しており、他方プリズム２５の反射面とハーフミラー２６の反射面とは互いに平行とし、いずれもＸ方向に対し４５°の角度で交差している。プリズム２７の反射面は、図３（ｂ）に示すように水平方向であるＸＹ平面に対して４５°の角度で交差している。レーザダイオード２３からの光はレーザダイオード２３からマイナスＹ方向に進み、プリズム２４，２５で反射してプラスＹ方向に進み、ハーフミラー２６の反射面で反射してマイナスＸ方向に進んでプリズム２７の反射面に至る。他方、レーザダイオード２２からの光はレーザダイオード２２からマイナスＸ方向に進み、ハーフミラー２６を透過してプリズム２７の反射面に至る。そして両レーザダイオード２２，２３からの光はプリズム２７の反射面でＺ方向に反射してカメラ１６に導かれる。なお、プリズム２４，２５，２７に代えてミラー等の鏡面体を用いてもよい。
【００２１】
図３（ｂ）に示すように、キャピラリ１４を基準ピン３０の近傍に配置させ、レーザダイオード２３を点灯させると、カメラ１６は、Ｘ方向面内のキャピラリ１４の先端部分と、基準ピン３０との画像を取得することができ、その画像を処理することによってキャピラリ１４のキャピラリ中心軸１５と基準ピン３０の中心軸３１とのＸ方向のズレを検出することが出来る。また、キャピラリ１４を基準ピン３０の近傍に配置させ、レーザダイオード２２を点灯させると、カメラ１６は、Ｙ方向面内のキャピラリ１４の先端部分と、基準ピン３０との画像を取得することができ、その画像を処理することによってキャピラリ１４のキャピラリ中心軸１５と基準ピン３０の中心軸３１とのＹ方向のズレを検出することができる。
【００２２】
基準ピン３０は、キャピラリ１４の先端と略同様の直径の円錐台形状の部材で、図示しない駆動機構によってＺ方向に進退して、その頂部の高さを調整することができるように構成されている。また、図３（ａ）に示すように、基準ピン３０の頂部には基準ピンの中心軸３１の位置を示す中心マーク３１ａが設けられている。
【００２３】
図１に示すように、ＸＹテーブルを駆動するＸ軸モータ１８、Ｙ軸モータ１９及びボンディングアーム１３を駆動するＺ軸モータ２０、レーザダイオード２２，２３、カメラ１６、はそれぞれ制御部６０のＸ軸モータ駆動インターフェース６５、Ｙ軸モータ駆動インターフェース６６、Ｚ軸モータ駆動インターフェース６７、レーザダイオード駆動インターフェース６２，６３、カメラ駆動インターフェース６４に接続されている。各インターフェース６２〜６７はデータバス６８を介して信号処理を行うＣＰＵ６１に接続されている。また、図示しない基準ピン３０の駆動機構もインターフェースを介してＣＰＵ６１に接続されている。また、制御部６０のＣＰＵ６１には、データバス６８を介して動作プログラムやデータを記憶するメモリ７０が接続されている。メモリ７０には、後で説明するワイヤボンディング装置１０のボンディング動作の制御を行うボンディング制御プログラム７１と、その制御用データであるボンディング制御用データ７２と、カメラ１６によって第１の画像を取得する第１の画像取得プログラム７３と、取得した第１の画像から第１のズレ量を取得する第１のズレ量取得プログラム７４と、カメラ１６によって第２の画像を取得する第２の画像取得プログラム７５と、取得した第２の画像から第１のズレ量を取得する第２のズレ量取得プログラム７６と、が格納されると共に、取得した各データを格納する取得データ格納領域７７を備えている。以上説明したように、制御部６０は内部に信号処理を行うＣＰＵ６１とメモリ７０とを含むコンピュータである。なお、図１において、各機器と制御部６０との間の一点鎖線は信号線を示している。
【００２４】
以上のように構成されたワイヤボンディング装置１０の動作について図４から図７を参照しながら説明する。以下、説明する実施形態では、カメラ１６のカメラ光軸１７は、支持台２８の表面に対して傾いて取り付けられている。
【００２５】
制御部６０は、基準ピン３０の頂部の高さを第１の高さである初期高さにあるかどうかを確認する。基準ピン３０の頂部の高さが初期高さとなっていない場合には、駆動機構を動作させ、基準ピン３０の高さを初期高さにする。以下の説明では、この初期高さにある状態の基準ピンには符号３０１を付して基準ピン３０１として説明する。
【００２６】
制御部６０は、図４のステップＳ１０１に示すように、ボンディングヘッド１２の初期位置合わせを行う。図６に示すように、カメラ１６の視野４１の中のＸ方向のカーソル線４２とＹ方向のカーソル線４３との交点である中心４４に基準ピン３０１の中心マーク３１ａが来るようにボンディングヘッド１２を移動させる。そして、基準ピン３０１の中心マーク３１ａが視野４１の中心４４に一致したら、或いは、所定の誤差範囲に入ったら、ボンディングヘッド１２の移動を停止する。なお、基準ピン３０１の中心マーク３１ａを合わせる位置は中心４４でなくとも所定の位置であれば良い。
【００２７】
図５の実線で示すように、ボンディングヘッド１２の初期位置合わせが終了すると、カメラ１６は基準ピン３０１の略真上に位置している。カメラ光軸１７は、基準ピン３０１の頂部の中心マーク３１ａを通り、基準ピン３０１の中心軸３１から角度θだけ傾いている。また、キャピラリ１４は、基準ピン３０１の中心軸３１からＸ方向に実際のＸ方向オフセット量Ｘｗだけ離れたところに位置している。この位置に移動した際のキャピラリは符号１４１を付して、キャピラリ１４１として以下説明する。
【００２８】
図４のステップＳ１０２に示すように、制御部６０は、ボンディングヘッド１２をマイナスＸ方向に向けて、メモリ７０のボンディング制御用データ７２に格納されているＸ方向の設定オフセット量Ｘ１だけ移動させる。すると、図５に示すように、ボンディングヘッド１２の移動と共にカメラ１６とキャピラリ１４もマイナスＸ方向に設定オフセット量Ｘ１だけ移動する。カメラ１６のカメラ光軸１７１、キャピラリ１４１は図５の点線で示すように移動して、それぞれカメラ光軸１７２、キャピラリ１４２の位置になる。この状態で、キャピラリ１４２のキャピラリ中心軸１５２は基準ピン３０１の中心軸３１とＸ方向に距離ΔＸ１だけずれた位置となっている。これは、制御部６０のメモリ７０のボンディング制御用データ７２に格納されているＸ方向の設定オフセット量Ｘ１と実際のＸ方向オフセット量Ｘｗとの間にズレがあるためである。距離ΔＸ１は、第１のズレ量となる。制御部６０は、レーザダイオード２２を消灯させた状態で光学部材２１のレーザダイオード２３を点灯させる。すると、レーザダイオード２３から放射された光は、図３に示すように、基準ピン３０１の周辺を通過してプリズム２４に入射し、プリズム２５とハーフミラー２６とプリズム２７によって光路を変更されてカメラ１６に入射し、図７に示すカメラ１６の視野４５には、基準ピン３０１とキャピラリ１４２との画像が映し出される。基準ピン３０１とキャピラリ１４２はそれぞれレーザダイオード２２からの光をさえぎるので黒い画像として映し出される。制御部６０は、図４のステップＳ１０３に示すように、基準ピン３０１とキャピラリ１４２の画像を取得して（第１の画像取得工程）、図４のステップＳ１０４に示すように、二値化処理などのデータ処理を行い、それぞれの中心軸３１，１５２の位置を求め、その間の距離ΔＸ１を取得する（第１のズレ量取得工程）。距離ΔＸ１の取得は撮像素子に映し出された画像間の画素数数を数えることによって求めることとしても良い。制御部６０は、取得した第１のズレ量である距離ΔＸ１をメモリ７０の取得データ格納領域７７に格納する。
【００２９】
図４のステップＳ１０５示すように、制御部６０は、図示しない駆動機構によって基準ピン３０１の高さを図５に示すように、高さＨだけ上昇させる。高さが上昇した基準ピン３０１には符号３０２を付して基準ピン３０２とし、高さが上昇した中心マーク３１ａには符号３１ａ´を付して中心マーク３１ａ´として以下説明する。
【００３０】
制御部６０は、図４のステップＳ１０６及び図６に示すように、カメラ１６の視野４１の中のＸ方向のカーソル線４２とＹ方向のカーソル線４３との交点である中心４４に基準ピン３０２の中心マーク３１ａ´が来るようにボンディングヘッド１２を移動させる。そして、基準ピン３０２の中心マーク３１ａ´が視野４１の中心４４に一致したら、或いは、所定の誤差範囲に入ったら、ボンディングヘッド１２の移動を停止する。すると、図５に示すように、ボンディングヘッド１２の移動と共にカメラ１６とキャピラリ１４もプラスＸ方向に距離Ｘ２だけ移動する。カメラ１６のカメラ光軸１７２、キャピラリ１４２は移動してそれぞれ図５の一点鎖線で示すように、カメラ光軸１７３、キャピラリ１４３の位置になる。カメラ光軸１７３は頂部の高さが上昇した基準ピン３０２の頂部の中心マーク３１ａ´を通る位置に移動してきている。図５に示すように、このカメラ光軸１７３の位置はボンディングヘッド１２を初期位置に合わせた際のカメラ光軸１７１よりもＸ方向のプラス側によった位置となっている。これは、カメラ光軸１７１，１７３は基準ピン３０１，３０２の中心軸３１に対して角度θだけ傾いているため、カメラ光軸１７２からカメラ光軸１７３までボンディングヘッド１２を移動させるには、ボンディングヘッド１２を設定オフセット量Ｘ１に距離ΔＸ２＝Ｈ×ｔａｎθを加えた距離だけ移動させる必要があるからである。この距離ΔＸ２は、カメラ光軸１７の傾きによって生じる実際のオフセット量Ｘｗと設定オフセット量Ｘ１とのズレ量である。また、カメラ光軸１７３が基準ピン３０２の中心マーク３１ａ´を通る位置にある場合には、キャピラリ１４３はキャピラリ中心軸１５３が基準ピン３０２の中心軸３１から実際のＸ方向オフセット量Ｘｗだけ離れたところに位置している。この位置は、先に説明したキャピラリ１４１のキャピラリ中心軸１５１の位置からＸ方向に距離ΔＸ２だけ離れた位置である。
【００３１】
図４のステップＳ１０７に示すように、制御部６０は、再びボンディングヘッド１２をマイナスＸ方向に向けて、Ｘ方向の設定オフセット量Ｘ１だけ移動させる。すると、図５に示すように、ボンディングヘッド１２の移動と共にカメラ１６とキャピラリ１４３もマイナスＸ方向にＸ方向の設定オフセット量Ｘ１だけ移動する。カメラ１６のカメラ光軸１７３、キャピラリ１４３は移動してそれぞれ図５の２点鎖線で示すようにカメラ光軸１７４、キャピラリ１４４の位置になる。この状態で、キャピラリ１４４のキャピラリ中心軸１５４は基準ピン３０２の中心軸３１とＸ方向に距離ΔＸ３だけずれた位置となっている。この距離ΔＸ３は、先に制御部６０が取得した、Ｘ方向の設定オフセット量Ｘ１と実際のＸ方向オフセット量Ｘｗとの間にズレ量である距離ΔＸ１と先に説明したカメラ光軸１７の傾きによって生じるＸ方向の設定オフセット量Ｘ１と実際のＸ方向オフセット量Ｘｗのズレ量である距離ΔＸ２との合計距離となっている。
【００３２】
図４のステップＳ１０８に示すように、制御部６０は、再びレーザダイオード２２を消灯させた状態で光学部材２１のレーザダイオード２３を点灯させ、先に説明したのと同様の方法で、図７の視野４５に映しだされた基準ピン３０２とキャピラリ１４４の画像を取得して（第２の画像取得工程）、図４のステップＳ１０９に示すように、二値化処理などのデータ処理を行い、それぞれの中心軸３１，１５４の位置を求め、その間の距離ΔＸ３を取得する。距離ΔＸ３の取得は撮像素子に映し出された画像間の画素数数を数えることによって求めることとしても良い。制御部６０は、取得した距離ΔＸ３をメモリ７０の取得データ格納領域７７に格納する。そして、制御部６０は、カメラ光軸１７の傾きによって生じるオフセット量Ｘｗのズレ量である距離ΔＸ２をΔＸ２＝ΔＸ３−ΔＸ１として取得する（第２のズレ量取得工程）。距離ΔＸ２は、第２のズレ量である。
【００３３】
先に説明したように、カメラ光軸の傾き角度θは、距離ΔＸ２と基準ピン３０のＺ方向の移動高さＨとから、θ＝ｔａｎ−１（ΔＸ２／Ｈ）として表せる。また、単位高さ当たりのＸ方向ズレ量ΔＸ０は、ΔＸ０＝ΔＸ２／Ｈとして表される。したがって、設定オフセット量Ｘ１の基準となっているＺ方向位置とボンディングしようとする半導体チップ３３のパッドの高さとの段差ｈに、単位高さ当たりのＸ方向ズレ量ΔＸ０を掛け合わせて高さによるオフセット量の補正値ΔＸｈを、ΔＸｈ＝ｈ×ΔＸ０＝ｈ×（ΔＸ２／Ｈ）として求めることができる（オフセット量補正工程）。
【００３４】
そして、ボンディングの際には、図４のステップＳ１１０に示すように、制御部６０は、カメラ１６によって検出した半導体チップ３３のパッド位置に対して、メモリ７０のボンディング制御用データ７２に格納されているＸ方向の設定オフセット量Ｘ１にＸ方向の設定オフセット量Ｘ１と実際のＸ方向オフセット量Ｘｗとの間のズレ量である距離ΔＸ１を加え、さらに、高さによるオフセット量の補正値ΔＸｈを加えた補正後オフセット量Ｘ１´＝Ｘ１＋ΔＸ１＋ΔＸｈだけボンディングヘッド１２を移動させると、カメラ光軸１７が傾いて取り付けられていても、その傾きによって発生する位置誤差を補正して、キャピラリ１４のキャピラリ中心軸１５を正確に半導体のパッドの位置に移動させることができる。
【００３５】
以上の実施形態の説明では、Ｘ方向の設定オフセット量Ｘ１の補正について説明したが、Ｙ方向の設定オフセット量Ｙ１の補正も同様に行うことができる。この場合は、光学部材２１のレーザダイオード２３を消灯して、レーザダイオード２２を点灯させて基準ピン３０とキャピラリ１４との画像を取得する。
【００３６】
以上述べたように、本実施形態は、簡便な方法で、カメラ光軸１７の傾きによって生じるキャピラリ１４とカメラ光軸１７との設定オフセット量と実際のオフセット量とのズレを補正することができ、ボンディング精度を向上させることができる。また、積層デバイスのように厚さが厚く最上面の半導体チップのパッドとリードとの間の段差が大きい場合でも、設定オフセット量をカメラ光軸１７の傾きに応じて補正できるので、キャピラリの位置の誤差を小さくして良好なボンディングが出来る。さらに、複数段に積層された半導体チップの中間の高さにある半導体チップのパッドにボンディングする場合でも、各段のボンディング高さを入力すれば簡単に各段の高さに応じて設定オフセット量補正でき、キャピラリの位置の誤差を小さくして精度の良いボンディングが出来る。また、光学部材２１によって設定オフセット量の補正量を決定することが出来るので、経時的に設定オフセット量と実際のオフセット量との間にズレが生じた場合でも、ワイヤボンディング装置１０を停止させずに設定オフセット量の補正量を再度調整することができることからボンディングの作業効率を向上させることができる。
【００３７】
以上の実施形態は本発明をワイヤボンディング装置１０に適用した場合について説明したが、ボンディングツールからオフセットしてカメラをボンディングヘッドに取り付けているバンプボンディング装置、ダイボンディング装置など他の形式のボンディング装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０ ワイヤボンディング装置、１１ ＸＹテーブル、１２ ボンディングヘッド、１３ ボンディングアーム、１３ａ 超音波トランスデューサ、１３ｂ フランジ部、１４，１４１，１４２，１４３，１４４ キャピラリ、１５，１５１，１５２，１５３，１５４ キャピラリ中心軸、１６ カメラ、１６ａ 鏡筒、１７，１７１，１７２，１７３，１７４ カメラ光軸、１８ Ｘ軸モータ、１９ Ｙ軸モータ、２０ Ｚ軸モータ、２１ 光学部材、２２，２３ レーザダイオード、２４，２５，２７ プリズム、２６ ハーフミラー、２８ 支持台、３０，３０１，３０２ 基準ピン、３１ 中心軸、３１ａ，３１ａ´ 中心マーク、３２ リードフレーム、３３ 半導体チップ、４１，４５ 視野、４２，４３ カーソル線、４４ 中心、５０ ワイヤ、６０ 制御部、６１ ＣＰＵ、６２，６３ レーザダイオード駆動インターフェース、６４ カメラ駆動インターフェース、６５ Ｘ軸モータ駆動インターフェース、６６ Ｙ軸モータ駆動インターフェース、６７ Ｚ軸モータ駆動インターフェース、６８ データバス、７０メモリ、７１ ボンディング制御プログラム、７２ ボンディング制御用データ、７３ 第１の画像取得プログラム、７４ 第１のズレ量取得プログラム、７５ 第２の画像取得プログラム、７６ 第２のズレ量取得プログラム、７７ 取得データ格納領域、ｄｗ 間隔、ｈ 段差、Ｗ オフセット量、Ｘ１ 設定オフセット量、Ｘ２ 距離、Ｘｗ Ｘ方向オフセット量、Ｙｗ Ｙ方向オフセット量、ΔＸ０ ズレ量、ΔＸ１〜ΔＸ３ 距離、ΔＸｈ 補正値、θ 角度。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディング装置であって、
ボンディングヘッドと、
ボンディングツールと、
撮像装置と、
基準部材と、
光学部材と、
ボンディングヘッドと基準部材の移動を行う制御部と、を含み、
ボンディングヘッドは、ＸＹ方向に自在に移動可能で、
ボンディングツールは、ボンディングヘッドに取り付けられ、ボンディング対象にボンディングを行い、
撮像装置は、ボンディングツールからＸ及び／又はＹ方向に所定の距離だけオフセットされてボンディングヘッドに取り付けられ、
基準部材は、支持台に取り付けられ、ＸＹ方向と垂直なＺ方向に移動可能で、
光学部材は、支持台の所定位置に配置され、ボンディングツールおよび基準部材の像光を反射させて撮像装置に導く反射面を含み、
制御部は、
第１の位置にある基準部材が撮像装置の視野内の所定位置となるようにボンディングヘッドの位置を調整した後、ボンディングヘッドを第１の方向にオフセット量だけ移動させて光学部材を介してボンディングツールと基準部材との第１の画像を取得する第１の画像取得手段と、
第１の画像からボンディングツールと基準部材との第１の方向の第１のズレ量を取得する第１のズレ量取得手段と、
基準部材を第１の位置よりもＺ方向の位置の異なる第２の位置に移動させた後、基準部材が撮像装置の視野内の所定位置となるようにボンディングヘッドを第１の方向と反対方向の第２の方向に移動させた後、ボンディングヘッドを第１の方向にオフセット量だけ移動させて光学部材を介してボンディングツールと基準部材との第２の画像を取得する第２の画像取得手段と、
第２の画像からボンディングツールと基準部材との第１の方向の第２のズレ量を取得する第２のズレ量取得手段と、
第１のズレ量取得手段により得られた第１のズレ量と第２のズレ量取得手段により得られた第２のズレ量との差と基準部材のＺ方向の移動量に基づいてボンディング対象のＺ方向位置に対するオフセット量を補正するオフセット量補正手段と、
を含むこと、を特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
ボンディング装置のオフセット量補正方法であって、
ＸＹ方向に移動自在のボンディングヘッドと、ボンディングヘッドに取り付けられ、ボンディング対象にボンディングを行うボンディングツールと、ボンディングツールからＸ及び／又はＹ方向に所定の距離だけオフセットされてボンディングヘッドに取り付けられる撮像装置と、支持台に取り付けられ、ＸＹ方向と垂直なＺ方向に移動可能な基準部材と、支持台の所定位置に配置され、ボンディングツールおよび基準部材の像光を反射させて撮像装置に導く反射面を含む光学部材とを含むボンディング装置を準備する工程と、
第１の位置にある基準部材が撮像装置の視野内の所定位置となるようにボンディングヘッドの位置を調整した 後、ボンディングヘッドを第１の方向にオフセット量だけ移動させて光学部材を介してボンディングツールと基準部材との第１の画像を取得する第１の画像取得工程と、
第１の画像からボンディングツールと基準部材との第１の方向の第１のズレ量を取得する第１のズレ量取得工程と、
基準部材を第１の位置よりもＺ方向の位置の異なる第２の位置に移動させた後、基準部材が撮像装置の視野内の所定位置となるようにボンディングヘッドを第１の方向と反対方向の第２の方向に移動させた後、ボンディングヘッドを第１の方向にオフセット量だけ移動させて光学部材を介してボンディングツールと基準部材との第２の画像を取得する第２の画像取得工程と、
第２の画像からボンディングツールと基準部材との第１の方向の第２のズレ量を取得する第２のズレ量取得工程と、
第１のズレ量取得工程により得られた第１のズレ量と第２のズレ量取得工程により得られた第２のズレ量との差と基準部材のＺ方向の移動量に基づいてボンディング対象のＺ方向位置に対するオフセット量を補正するオフセット量補正工程と、
を含むことを特徴とするボンディング装置のオフセット量補正方法。
【請求項１】
ボンディング装置であって、
ボンディングヘッドと、
ボンディングツールと、
撮像装置と、
基準部材と、
光学部材と、
ボンディングヘッドと基準部材の移動を行う制御部と、を含み、
ボンディングヘッドは、ＸＹ方向に自在に移動可能で、
ボンディングツールは、ボンディングヘッドに取り付けられ、ボンディング対象にボンディングを行い、
撮像装置は、ボンディングツールからＸ及び／又はＹ方向に所定の距離だけオフセットされてボンディングヘッドに取り付けられ、
基準部材は、支持台に取り付けられ、ＸＹ方向と垂直なＺ方向に移動可能で、
光学部材は、支持台の所定位置に配置され、ボンディングツールおよび基準部材の像光を反射させて撮像装置に導く反射面を含み、
制御部は、
第１の位置にある基準部材が撮像装置の視野内の所定位置となるようにボンディングヘッドの位置を調整した後、ボンディングヘッドを第１の方向にオフセット量だけ移動させて光学部材を介してボンディングツールと基準部材との第１の画像を取得する第１の画像取得手段と、
第１の画像からボンディングツールと基準部材との第１の方向の第１のズレ量を取得する第１のズレ量取得手段と、
基準部材を第１の位置よりもＺ方向の位置の異なる第２の位置に移動させた後、基準部材が撮像装置の視野内の所定位置となるようにボンディングヘッドを第１の方向と反対方向の第２の方向に移動させた後、ボンディングヘッドを第１の方向にオフセット量だけ移動させて光学部材を介してボンディングツールと基準部材との第２の画像を取得する第２の画像取得手段と、
第２の画像からボンディングツールと基準部材との第１の方向の第２のズレ量を取得する第２のズレ量取得手段と、
第１のズレ量取得手段により得られた第１のズレ量と第２のズレ量取得手段により得られた第２のズレ量との差と基準部材のＺ方向の移動量に基づいてボンディング対象のＺ方向位置に対するオフセット量を補正するオフセット量補正手段と、
を含むこと、を特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
ボンディング装置のオフセット量補正方法であって、
ＸＹ方向に移動自在のボンディングヘッドと、ボンディングヘッドに取り付けられ、ボンディング対象にボンディングを行うボンディングツールと、ボンディングツールからＸ及び／又はＹ方向に所定の距離だけオフセットされてボンディングヘッドに取り付けられる撮像装置と、支持台に取り付けられ、ＸＹ方向と垂直なＺ方向に移動可能な基準部材と、支持台の所定位置に配置され、ボンディングツールおよび基準部材の像光を反射させて撮像装置に導く反射面を含む光学部材とを含むボンディング装置を準備する工程と、
第１の位置にある基準部材が撮像装置の視野内の所定位置となるようにボンディングヘッドの位置を調整した 後、ボンディングヘッドを第１の方向にオフセット量だけ移動させて光学部材を介してボンディングツールと基準部材との第１の画像を取得する第１の画像取得工程と、
第１の画像からボンディングツールと基準部材との第１の方向の第１のズレ量を取得する第１のズレ量取得工程と、
基準部材を第１の位置よりもＺ方向の位置の異なる第２の位置に移動させた後、基準部材が撮像装置の視野内の所定位置となるようにボンディングヘッドを第１の方向と反対方向の第２の方向に移動させた後、ボンディングヘッドを第１の方向にオフセット量だけ移動させて光学部材を介してボンディングツールと基準部材との第２の画像を取得する第２の画像取得工程と、
第２の画像からボンディングツールと基準部材との第１の方向の第２のズレ量を取得する第２のズレ量取得工程と、
第１のズレ量取得工程により得られた第１のズレ量と第２のズレ量取得工程により得られた第２のズレ量との差と基準部材のＺ方向の移動量に基づいてボンディング対象のＺ方向位置に対するオフセット量を補正するオフセット量補正工程と、
を含むことを特徴とするボンディング装置のオフセット量補正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２７８１２８（Ｐ２０１０−２７８１２８Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２７６８３（Ｐ２００９−１２７６８３）
【出願日】平成２１年５月２７日（２００９．５．２７）
【出願人】（０００１４６７２２）株式会社新川 (128)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２７日（２００９．５．２７）
【出願人】（０００１４６７２２）株式会社新川 (128)
【Ｆターム（参考）】
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