特許 7352319 ワイヤボンディング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-20

(45)【発行日】2023-09-28

(54)【発明の名称】ワイヤボンディング装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20230921BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 301L

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022528838

(86)(22)【出願日】2021-06-01

(86)【国際出願番号】 JP2021020814

(87)【国際公開番号】W WO2021246396

(87)【国際公開日】2021-12-09

【審査請求日】2022-11-29

(31)【優先権主張番号】P 2020098350

(32)【優先日】2020-06-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】519294332

【氏名又は名称】株式会社新川

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】早田 滋

【審査官】小池 英敏

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－３０６７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２４２１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１６３２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１７６９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－３０６０４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２４８４７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６０－２１／６０７

Ｇ０１Ｂ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボンディング対象物が載置されるボンディングステージと、
前記ボンディング対象物にボンディングワイヤを接合するキャピラリ、前記キャピラリを往復移動させるキャピラリ駆動部、及び、前記キャピラリ及び前記キャピラリ駆動部を前記往復移動の方向と交差する二次元平面に沿って移動させるＸＹステージを有するワイヤボンディングユニットと、
前記ボンディングステージに載置された前記ボンディング対象物を撮像する撮像ユニットと、
前記ワイヤボンディングユニット及び前記撮像ユニットが取り付けられる基台と、を備え、
前記ワイヤボンディングユニットは、前記基台の第１の部分に取り付けられ、
前記撮像ユニットは、前記基台の前記第１の部分とは別の第２の部分に取り付けられ、
前記ワイヤボンディングユニットにおいて前記撮像ユニットで撮像できる面には、前記ワイヤボンディングユニットの位置を代表する参照点が設けられる、ワイヤボンディング装置。

【請求項2】

前記撮像ユニットは、前記参照点を撮像すると共に前記ボンディングステージに載置された前記ボンディング対象物を撮像する、請求項１に記載のワイヤボンディング装置。

【請求項3】

前記撮像ユニットは、前記参照点を含む第１画像と、前記ボンディング対象物を含み、前記第１画像とは別の第２画像と、を得る、請求項２に記載のワイヤボンディング装置。

【請求項4】

前記第１画像における前記参照点の視野座標と前記ＸＹステージの位置座標との間の相関関係を算出したキャリブレーション値を取得する制御部をさらに備える、請求項３に記載のワイヤボンディング装置。

【請求項5】

前記参照点は、前記ワイヤボンディングユニットの超音波ホーンの上面に設けられている、請求項４に記載のワイヤボンディング装置。

【請求項6】

前記撮像ユニットは、撮像部と、前記撮像部を前記往復移動の方向と交差する二次元平面に沿って移動させるカメラ駆動部と、を有する、請求項１～５の何れか一項に記載のワイヤボンディング装置。

【請求項7】

前記撮像ユニットは、撮像装置と、前記ボンディング対象物及び前記参照点からの光を前記撮像装置に導く光学系と、を有し、
前記光学系は、前記撮像装置と前記ボンディング対象物との間、及び、前記撮像装置と前記参照点との間において、光軸上に配置されたレンズと光分岐部と、を含み、
前記レンズは、前記撮像装置側に配置され、
前記光分岐部は、前記ボンディング対象物側及び前記参照点側に配置されている、請求項５に記載のワイヤボンディング装置。

【請求項8】

前記光分岐部は、ハーフミラーと、前記ハーフミラーに光を照射する照明と、を含み、
前記光分岐部は、前記ハーフミラーに照射する光によって、前記第１画像を取得する光路と、前記第２画像を取得する光路と、を切り替える、請求項７に記載のワイヤボンディング装置。

【請求項9】

前記撮像ユニットは、撮像部と、前記撮像部を前記往復移動の方向と交差する二次元平面に沿って移動させるカメラ駆動部と、を有し、
前記制御部は、前記第１画像において、前記キャリブレーション値に基づいて変換された前記参照点の座標を算出し、前記第１画像を得るための視野にボンディング点が収まるように前記カメラ駆動部を駆動させて前記ボンディング点の座標を得たのち、前記参照点が前記第２画像を得るための視野に収まるように前記ＸＹステージを駆動させてカメラオフセット値を取得する、請求項４に記載のワイヤボンディング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワイヤボンディング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１、２は、ワイヤボンディング装置を開示する。ワイヤボンディング装置は、キャピラリによってボンディングワイヤを基板又は半導体チップの所望の位置に接合する。キャピラリをボンディング位置に正確に移動させるために、例えば、画像処理による位置制御が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平０８－３０６７３２号公報

【文献】特開平１０－２４２１９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ワイヤボンディングの技術分野では、ボンディングワイヤを対象物へ確実に接合することが望まれている。ボンダビリティと呼ばれる接合部分の特性は、ボンディング作業中におけるいくつかの要因の影響を受ける。例えば、ボンディング作業中に、キャピラリに対して外部から振動が印加されて、キャピラリに意図しない振動が生じると、ボンダビリティが低下する。

【0005】

本発明は、ボンダビリティの低下を抑制できるワイヤボンディング装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一形態であるワイヤボンディング装置は、ボンディング対象物が載置されるボンディングステージと、ボンディング対象物にボンディングワイヤを接合するキャピラリ、キャピラリを往復移動させるキャピラリ駆動部、及び、キャピラリ及びキャピラリ駆動部を往復移動の方向と交差する二次元平面に沿って移動させるＸＹステージを有するワイヤボンディングユニットと、ボンディングステージに載置されたボンディング対象物を撮像する撮像ユニットと、ワイヤボンディングユニット及び撮像ユニットが取り付けられる基台と、を備える。ワイヤボンディングユニットは、基台の第１の部分に取り付けられる。撮像ユニットは、基台の第１の部分とは別の第２の部分に取り付けられる。

【0007】

ワイヤボンディング装置は、ワイヤボンディングユニット及び撮像ユニットのそれぞれが、基台の互いに異なる部分に取り付けられている。そうすると、撮像ユニットの動作に起因して生じる振動は、ワイヤボンディングユニットに到達するまでに十分に減衰される。その結果、撮像ユニットの動作に起因して生じる振動は、ワイヤボンディングユニットの動作に影響を与えにくくなる。従って、良好な状態においてボンディングを行うことが可能になるので、ボンダビリティの低下を抑制できる。

【0008】

一形態において、撮像ユニットは、ワイヤボンディングユニットの位置を代表する参照点を撮像すると共にボンディングステージに載置されたボンディング対象物を撮像してもよい。この構成によれば、ワイヤボンディングユニットに対する撮像ユニットのキャリブレーションを好適に行うことができる。

【0009】

一形態において、撮像ユニットは、参照点を含む第１画像と、ボンディング対象物を含み、第１画像とは別の第２画像と、を得てもよい。この構成によっても、ワイヤボンディングユニットに対する撮像ユニットのキャリブレーションを好適に行うことができる。

【0010】

一形態のワイヤボンディング装置は、第１画像における参照点の視野座標とＸＹステージの位置座標との間の相関関係を算出したキャリブレーション値を取得する制御部をさらに備えてもよい。この構成によっても、ワイヤボンディングユニットに対する撮像ユニットのキャリブレーションを好適に行うことができる。

【0011】

一形態において、参照点は、ワイヤボンディングユニットの超音波ホーンの上面に設けられてもよい。この構成によっても、ワイヤボンディングユニットに対する撮像ユニットのキャリブレーションを好適に行うことができる。

【0012】

一形態において、撮像ユニットは、撮像装置と、ボンディング対象物及び参照点からの光を撮像装置に導く光学系と、を有してもよい。光学系は、撮像装置とボンディング対象物との間、及び、撮像装置と参照点との間において、光軸上に配置されたレンズと光分岐部と、を含んでもよい。レンズは、撮像装置側に配置されてもよい。光分岐部は、ボンディング対象物側及び参照点側に配置されてもよい。この構成によれば、ワイヤボンディングユニットに対する撮像ユニットのキャリブレーションを簡易に行うことができる。

【0013】

一形態において、光分岐部は、ハーフミラーと、ハーフミラーに光を照射する照明と、を含んでもよい。光分岐部は、ハーフミラーに照射する光によって、第１画像を取得する光路と、第２画像を取得する光路と、を切り替えてもよい。この構成によっても、ワイヤボンディングユニットに対する撮像ユニットのキャリブレーションを簡易に行うことができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、ボンダビリティの低下を抑制できるワイヤボンディング装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、実施形態のワイヤボンディング装置を正面から見た図である。

【図2】図２は、実施形態のワイヤボンディング装置を側面から見た図である。

【図3】図３は、撮像ユニットを正面から見た図である。

【図4】図４は、撮像ユニットを側面から見た図である。

【図5】図５（ａ）は第１光路を示す図である。図５（ｂ）は第２光路を示す図である。

【図6】図６（ａ）は第３光路を示す図である。図６（ｂ）は第４光路を示す図である。

【図7】図７は、撮像ユニットの第３光路を斜め方向から見た図である。

【図8】図８は、コントローラの機能ブロック図である。

【図9】図９は、ワイヤボンディング方法の主要な工程を示すフロー図である。

【図10】図１０は、カメラオフセット値を設定する工程を詳細に示す工程表である。

【図11】図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）は、カメラオフセット値を設定する工程において取得される画像の例示である。

【図12】図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、位置決め動作を行う工程を詳細に示す工程表である。

【図13】図１３は、位置決め動作を行う工程を説明するための画像の例示である。

【図14】図１４は、撮像ユニットの変形例を側面から見た図である。

【図15】図１５は、撮像ユニットの変形例を側面から詳細に見た図である。

【図16】図１６は、撮像ユニットのさらに別の変形例を側面から見た図である。

【図17】図１７は、参照点の変形例を示すワイヤボンディング装置の側面図である。

【図18】図１８は、カメラオフセット値を設定する工程の変形例を詳細に示す工程表である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0017】

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１００の正面図である。図２は、図１に示すワイヤボンディング装置１００の側面図である。ワイヤボンディング装置１００は、半導体チップ２０に対してボンディングワイヤ２００を接合する。

【0018】

ワイヤボンディング装置１００は、主要な構成要素として、ワイヤボンディングユニット４０と、撮像ユニット５０と、コントローラ６０（制御部：図２参照）と、基台７０と、を有する。ワイヤボンディングユニット４０は、半導体チップ２０に対してボンディングワイヤ２００を接合する。撮像ユニット５０は、ワイヤボンディングユニット４０の動作を制御するための画像を得る。コントローラ６０は、ワイヤボンディングユニット４０及び撮像ユニット５０の動作を制御する。例えば、コントローラ６０は、撮像ユニット５０を制御する。その結果、半導体チップ２０及びキャピラリ１などが含まれた画像が得られる。

【0019】

コントローラ６０は、画像を処理することにより、ワイヤボンディングユニット４０を制御する。ワイヤボンディングユニット４０の制御には、半導体チップ２０に対するキャピラリ１の先端の位置制御及びキャピラリ１によるワイヤボンディング動作の制御といった一連の動作が含まれる。基台７０には、少なくともワイヤボンディングユニット４０及び撮像ユニット５０が取り付けられる。基台７０は、ワイヤボンディングユニット４０に対する撮像ユニット５０の相対的な位置を保持する。コントローラ６０は、基台７０に取り付けられてもよい。コントローラ６０は、基台７０に取り付けられていなくてもよい。

【0020】

＜ワイヤボンディングユニット＞
ワイヤボンディングユニット４０は、キャピラリ１と、超音波ホーン２と、ワイヤクランパ３と、ホーンホルダ４と、Ｚ軸駆動部５（キャピラリ駆動部）と、ツール用ＸＹステージ６（ＸＹステージ）と、を有する。

【0021】

ボンディングツールであるキャピラリ１は、ボンディングワイヤ２００を半導体チップ２０に接合する。キャピラリ１は、超音波ホーン２の先端側に着脱可能に取り付けられている。超音波ホーン２の基端側は、ホーンホルダ４の先端側に取り付けられている。ホーンホルダ４の先端側には、超音波ホーン２に加えて、ワイヤクランパ３の基端側も取り付けられている。ワイヤクランパ３の先端側は、おおむねキャピラリ１の上方に位置する。

【0022】

ホーンホルダ４の基端側は、Ｚ軸駆動部５に取り付けられている。ボンディングヘッドであるＺ軸駆動部５は、ホーンホルダ４を円弧状の軌跡に沿って移動させる。ホーンホルダ４の円弧状の軌跡に沿う移動によれば、ホーンホルダ４に対して直接または間接に取り付けられているキャピラリ１、超音波ホーン２及びワイヤクランパ３も円弧状の軌跡に沿って移動する。キャピラリ１の円弧状の軌跡に沿う移動によって、キャピラリ１は、ボンディング動作を行う。Ｚ軸駆動部５には、トーチアーム９１も取り付けられている。トーチアーム９１の先端側には、トーチ（不図示）のためのアダプタ９２が取り付けられている。Ｚ軸駆動部５は、ツール用ＸＹステージ６に取り付けられている。Ｚ軸駆動部５に対して直接または間接に取り付けられているキャピラリ１、超音波ホーン２、ワイヤクランパ３、ホーンホルダ４及びＺ軸駆動部５は、ＸＹ平面に沿う平行移動が可能である。ツール用ＸＹステージ６はサーボモータを用いた高速・高精度ステージである。ボンディングステージ７は、キャピラリ１の下方に配置される。ボンディングステージ７は、半導体チップ２０をキャピラリ１の下方に保持する。

【0023】

要するに、ワイヤボンディングユニット４０において、超音波ホーン２に取り付けられたボンディングツールであるキャピラリ１と、キャピラリ１を円弧状の軌跡に沿って移動させることによりボンディング動作を行うＺ軸駆動部５と、は、ツール用ＸＹステージ６上に設置されている。

【0024】

＜撮像ユニット＞
撮像ユニット５０は、キャピラリ１の位置決めのための画像を得る。位置決め用の光学系である撮像ユニット５０は、ツール用ＸＹステージ６とは独立した別の光学系用ＸＹステージ１１を含む。

【0025】

撮像ユニット５０は、光学系１０（撮像部）と、光学系用ＸＹステージ１１（カメラ駆動部）と、を有する。光学系１０は、撮像範囲が互いに異なる画像を得る。例えば、光学系１０は、半導体チップ２０の位置を特定するマーカーを含む画像と、キャピラリ１の位置を特定するための参照点２１（後述）を含む画像と、を得る。光学系１０は、撮像倍率が互いに異なる画像を得る。光学系用ＸＹステージ１１は、光学系１０を撮像対象に対して相対的に移動させる。撮像対象は、半導体チップ２０及び参照点２１が設けられた超音波ホーン２などである。

【0026】

図３は、光学系１０を正面から見た図である。図４は、光学系１０を側面から見た図である。図３及び図４に示すように、光学系１０は、第１撮像装置３０Ａと、第２撮像装置３１Ａと、ミラー３６と、ハーフミラー３０Ｂ、３１Ｂ、３４、３７、３８と、第１照明３２と、第２照明３３と、第１光学部品３０と、第２光学部品３１と、第３光学部品３９と、を有する。

【0027】

第１撮像装置３０Ａは、高倍率の画像を得る。第２撮像装置３１Ａは、低倍率の画像を得る。第１撮像装置３０Ａ及び第２撮像装置３１Ａは、例えば、高画素カメラであってよい。例えば、第１撮像装置３０Ａ及び第２撮像装置３１Ａとして、１．１インチサイズであり１２００万画素を有する高画素カメラを採用した場合、２倍の倍率とすると、視野サイズは４．２ｍｍ×３．５ｍｍである。この視野サイズは、従来のワイヤボンダが有する二眼鏡筒の低倍視野の約２倍である。この場合、画素分解能は、１．７μｍ／ｐｉｘｅｌである。画像処理によれば、画素分解の数分の一から十分の一の認識精度を実現できる。例えば、要求されるボンディング精度が２μｍであるとき、高精度ワイヤボンダとして十分な認識精度を確保できる。低倍率と高倍率との二眼鏡筒とした場合には、後述するリードロケータにおいて撮像回数を減らすことができる。なお、高画素カメラを使用した場合であって、且つ広視野を確保できる場合には、光学系１０は、一眼でも良い。

【0028】

光学系１０は、第１視野２０２に存在する物体の画像と、第２視野２０３に存在する物体の画像と、を得る。従って、光学系１０は、第１光路Ｒ１（図５（ａ）参照）と、第２光路Ｒ２（図５（ｂ）参照）と、を構成する。第１光路Ｒ１は、第１視野２０２からの光を第１撮像装置３０Ａに導く。第２光路Ｒ２は、第１視野２０２からの光を第２撮像装置３１Ａに導く。さらに、光学系１０は、第３光路Ｒ３（図６（ａ）参照）と、第４光路Ｒ４（図６（ｂ）参照）と、を構成する。第３光路Ｒ３は、第２視野２０３からの光を第１撮像装置３０Ａに導く。第４光路Ｒ４は、第２視野２０３からの光を第２撮像装置３１Ａに導く。

【0029】

第１視野２０２の位置は、第２視野２０３の位置と異なる。第１光学部品３０から撮像対象である半導体チップ２０までの光路長は、第２光学部品３１から撮像対象である参照点２１までの光路長と同じである。具体的には、光路長は、ａ１＋ａ２＝ｂ１＋ｂ２として示すことができる。ａ１は、半導体チップ２０からハーフミラー３４までの光路長である。ａ２は、ハーフミラー３４からハーフミラー３７までの光路長である。ｂ１は、参照点２１からミラー３６からまでの光路長である。ｂ２は、ミラー３６からハーフミラー３７までの光路長である。後述するキャリブレーション値に関係する倍率は、第１視野２０２及び第２視野２０３ともに同じである。

【0030】

図５（ａ）に示すように、第１光路Ｒ１は、第１視野２０２からの光を第１撮像装置３０Ａに導く。第１視野２０２は、半導体チップ２０が配置される。従って、第１光路Ｒ１は、半導体チップ２０からの光を第１撮像装置３０Ａに導く。第１光路Ｒ１は、ハーフミラー３４（光分岐部）と、第１光学部品３０とにより構成される。

【0031】

図５（ｂ）に示すように、第２光路Ｒ２は、第１視野２０２からの光を第２撮像装置３１Ａに導く。従って、第２光路Ｒ２は、半導体チップ２０からの光を第２撮像装置３１Ａに導く。第２光路Ｒ２は、ハーフミラー３４、３７、３０Ｂ、３１Ｂと、第２光学部品３１と、により構成される。

【0032】

要するに、半導体チップ２０からの光は、ハーフミラー３４、３７を経た後に、ハーフミラー３０Ｂによって高倍率側の第１光学部品３０へ導かれる光路と、低倍率側の第２光学部品３１へ導かれる光路と、に分けられる。第１光学部品３０へ導かれた光は、高倍率用の第１撮像装置３０Ａによって撮像される。低倍率側の第２光学部品３１に導かれた光は、低倍率用の第２撮像装置３１Ａによって撮像される。これらの光路により半導体チップ２０を撮像する視野を、第１視野２０２と呼ぶ。

【0033】

図６（ａ）及び図７に示すように、第３光路Ｒ３は、第２視野２０３からの光を第１撮像装置３０Ａに導く。第２視野２０３には、超音波ホーン２に設けられた参照点２１が配置される。従って、第３光路Ｒ３は、参照点２１からの光を第１撮像装置３０Ａに導く。第３光路Ｒ３は、ミラー３６と、ハーフミラー３７と、第１光学部品３０と、により構成される。

【0034】

第２視野２０３は、ツール用ＸＹステージ６の任意の場所にある参照点２１を撮像する。参照点２１は、超音波ホーン２の上面に形成されたマーカーである。参照点２１は、ツール用ＸＹステージ６によって移動可能な部品に設けられる。
参照点２１は、例えば、超音波ホーン２に設けられる。参照点２１は、キャピラリ１からの距離が近い位置に設けることが望ましい。超音波ホーン２の上にはワイヤクランパ３が設置されている。しかし、超音波ホーン２の上面は、ワイヤクランパ３の隙間から見ることができる。超音波ホーン２の上面には、画像認識が容易かつ所望の精度を満たすことが可能な認識マーク（例えば、十字形状）をつけても良い。認識マークは、参照点２１である。例えば、参照点２１として、積極的に設けた認識マークに代えて、超音波ホーン２のエッジを採用してもよい。また、参照点２１として、超音波ホーン２を構成する金属部材の表面の模様を用いてもよい。

【0035】

ボンディングエリアは、参照点２１の位置に起因する制限を受ける。例えば、位置合わせに対する要求精度が比較的緩い場合には、参照点２１を設ける位置の自由度を高めることができる。参照点２１は、キャピラリ１からの距離が遠い点に置くことが許容される。第１視野２０２及び第２視野２０３を構成する光路長の長さを一致させるための部品の配置は、自由度が高まる。参照点２１の変形例は、後述する。

【0036】

図６（ｂ）に示すように、第４光路Ｒ４は、第２視野２０３からの光を第２撮像装置３１Ａに導く。従って、第４光路Ｒ４は、参照点２１からの光を第２撮像装置３１Ａに導く。第４光路Ｒ４は、ミラー３６と、ハーフミラー３７、３０Ｂ、３１Ｂと、第２光学部品３１と、により構成される。

【0037】

第２照明３３から参照点２１へ照射された光は、ミラー３６、ハーフミラー３７を経た後に、ハーフミラー３０Ｂによって、高倍率側の第１光学部品３０に導かれる光路と、低倍率側の第２光学部品３１に導かれる光路と、に分けられる。
高倍率側の第１光学部品３０に導かれた光は、高倍率用の第１撮像装置３０Ａによって撮像される。低倍率側の第２光学部品３１に導かれた光は、低倍率用の第２撮像装置３１Ａによって撮像される。

【0038】

レンズである第１光学部品３０及び第２光学部品３１は、光軸方向に駆動されることにより、フォーカス調整（焦点調整）を行う。

【0039】

光学系１０は、第１光路Ｒ１及び第２光路Ｒ２を構成する第１視野態様と、第３光路Ｒ３及び第４光路Ｒ４を構成する第２視野態様と、を相互に切り替え可能である。換言すると、光学系１０は、第１視野２０２からの光を第１撮像装置３０Ａ及び第２撮像装置３１Ａのそれぞれに導く第１視野態様と、第２視野２０３からの光を第１撮像装置３０Ａ及び第２撮像装置３１Ａのそれぞれに導く第２視野態様と、を相互に切り替え可能である。

【0040】

態様の切り替えは、第１照明３２の点灯及び消灯の切り替えと、第２照明３３の点灯及び消灯の切り替えと、によって制御できる。第１照明３２は、ハーフミラー３４の背面側に第３光学部品３９を介して配置されている。第１照明３２は、ハーフミラー３４から第１視野２０２に至る光軸の延長線上に配置されている。第１照明３２は、第３光学部品３９及びハーフミラー３４を介してボンディングの対象物である半導体チップ２０に照明光を照射する。第２照明３３は、ハーフミラー３７から第２視野２０３に至る光軸と交差するハーフミラー３８（光分岐部）の背面側に配置されている。第２照明３３は、ハーフミラー３８を介して参照点２１に照明光を照射する。

【0041】

第１視野態様とする場合には、第１照明３２を点灯すると共に第２照明３３を消灯する（図５（ａ）及び図５（ｂ）参照）。第２視野態様とする場合には、第１照明３２を消灯すると共に第２照明３３を点灯する（図６（ａ）及び図６（ｂ）参照）。第１照明３２の点灯及び消灯と、第２照明３３の点灯及び消灯と、は、コントローラ６０から提供される制御信号によって制御されてもよい。

【0042】

図４に示すように、光学系１０を構成するそれぞれの部品は、図示しないフレームなどに固定される。その結果、光学系１０を構成するそれぞれの部品の相対的な位置関係が保たれる。部品が取り付けられたフレームは、光学系用ＸＹステージ１１に取り付けられる。光学系用ＸＹステージ１１は、基台７０に取り付けられる。例えば、光学系用ＸＹステージ１１は、ワイヤボンディングユニット４０の上に吊るされている天吊り構造である。光学系用ＸＹステージ１１の位置精度は、要求されない。例えば、光学系用ＸＹステージ１１の位置精度は、ツール用ＸＹステージ６の位置精度より低くてよい。

【0043】

第１視野２０２と第２視野２０３とは、Ｘ方向にずれている。つまり、第１視野２０２は、第２視野２０３に対してオフセットしている。オフセットしている理由は、第２視野２０３に配置されるツール（超音波ホーン２）の上面にあるボンディングワイヤ供給部（不図示）から延びるボンディングワイヤ２００との干渉を避けるためである。ワイヤを供給する系の構造によっては、このオフセットを持たずに、ツールの上面を第２視野２０３とすることも可能である。このような場合に対応する光学系の構成は、変形例として後に詳細に説明する。

【0044】

第１視野２０２及び第２視野２０３は、ハーフミラー３７で光路が合流するまでは、いくつかの光学部品を通る。これらの光学部品が温度変化によって、変形したり位置がずれたりすると、位置決めの誤差になる。位置決めの誤差への対応としては、いくつかの対策が挙げられる。第１の対策は、画像ずれの温度補正である。第２の対策は、線膨張係数が小さい材料を用いた光学部品を採用することである。第３の対策は、温度変化しても画像ずれが小さい光学系の構成を採用することである。換言すると、温度変化しても画像ずれがキャンセルできる光学系の構成を採用することである。なお、第１～第３の対策とは異なる対策を採用してもよい。

【0045】

本実施形態の撮像ユニット５０において、半導体チップ２０を加熱するヒーターから撮像ユニット５０までの距離は、従来の構造のワイヤボンディング装置におけるヒーターから撮像ユニットまでの距離よりも大きい。一例として、半導体チップ２０を加熱するヒーターから撮像ユニット５０までの距離は、従来の構造のワイヤボンディング装置におけるヒーターから撮像ユニットまでの距離の３倍程度である。従って、ヒーターに起因する熱に起因して撮像ユニット５０が暖められることによる温度変化の影響は、抑制されている。

【0046】

＜基台＞
基台７０は、ワイヤボンディングユニット４０に対する撮像ユニット５０の位置を保持できればよい。従って、基台７０の具体的な構成は、ワイヤボンディングユニット４０の構成、撮像ユニット５０の構成及びワイヤボンディングユニット４０に対する撮像ユニット５０の位置などに応じて適宜変更が許される。以下、基台７０の構成の一例について説明する。

【0047】

図１及び図２に示すように、基台７０は、メインフレーム７１と、サブフレーム７２と、を有する。メインフレーム７１は、高い剛性を有する構造物である。メインフレーム７１は、ワイヤボンディングユニット４０及び撮像ユニット５０を取り付けた場合に、それらの重量や動作に起因して発生する力に対して、有意な変形を生じない。例えば、Ｚ軸駆動部５によって円弧状の軌跡に沿ってキャピラリ１を往復移動させた場合には、加振力が生じる。メインフレーム７１は、この加振力によっても、ボンディングの精度及び品質に影響を及ぼすような有意な変形を生じない。サブフレーム７２は、ワイヤボンディング装置１００を構成するユニット及び部品をメインフレーム７１に固定する機械的なインターフェースである。サブフレーム７２もメインフレーム７１と同様に、搭載物の重量及び外力に起因する有意な変形を生じない。

【0048】

図２の例では、サブフレーム７２は、メインフレーム７１の第１の部分７１ａに固定されている。サブフレーム７２には、ワイヤボンディングユニット４０が固定されている。より詳細には、サブフレーム７２には、ツール用ＸＹステージ６とボンディングステージ７とが固定されている。ワイヤボンディングユニット４０は、サブフレーム７２を介してメインフレーム７１に固定されている。この構成は、例示である。例えば、ワイヤボンディングユニット４０は、メインフレーム７１に直接に固定されてもよい。一方、撮像ユニット５０は、メインフレーム７１の第２の部分７１ｂに対して直接に固定されている。

【0049】

ワイヤボンディングユニット４０と撮像ユニット５０とは、共通の基台７０に対してそれぞれ並列に固定される。換言すると、ワイヤボンディングユニット４０に対して、撮像ユニット５０が直接に配置されない。例えば、実施形態のワイヤボンディング装置１００では、ワイヤボンディングユニット４０のツール用ＸＹステージ６に、撮像ユニット５０が搭載されることはない。ワイヤボンディングユニット４０と撮像ユニット５０との間には、何らかの構造物が介在する。例えば、ワイヤボンディングユニット４０と撮像ユニット５０との間には、メインフレーム７１及びサブフレーム７２が介在する。

【0050】

＜コントローラ＞
図８に示すように、コントローラ６０は、いくつかの機能的構成要素を有する。コントローラ６０は、コンピュータおよびコンピュータに接続された電子回路であり、ＣＰＵによって所定のプログラムを実行することにより、機能的構成要素が実現される。コントローラ６０は、機能的構成要素として、第１ステージ制御部６１と、ボンディング制御部６２と、第２ステージ制御部６３と、撮像制御部６４と、照明制御部６５と、計算処理部６６と、記憶部６７と、を有する。コントローラ６０は、これらの機能的構成要素だけでなく、ワイヤボンディング装置１００に要求される動作のための機能的構成要素をさらに有してもよい。

【0051】

第１ステージ制御部６１は、ツール用ＸＹステージ６に制御信号を出力する。ボンディング制御部６２は、Ｚ軸駆動部５に制御信号を出力する。第２ステージ制御部６３は、光学系用ＸＹステージ１１に制御信号を出力する。撮像制御部６４は、第１撮像装置３０Ａ及び第２撮像装置３１Ａに制御信号を出力する。撮像制御部６４は、第１撮像装置３０Ａ及び第２撮像装置３１Ａから画像のデータを受ける。照明制御部６５は、第１照明３２及び第２照明３３に制御信号を出力する。計算処理部６６は、画像のデータなどを用いて、所定の計算処理を行う。計算処理部６６は、第１ステージ制御部６１及び第２ステージ制御部６３に対して、制御信号を生成するための座標情報などを出力する。記憶部６７は、ワイヤボンディング装置１００の動作に要する種々の情報を記憶する。

【0052】

＜ワイヤボンディング方法＞
以下、図９を参照しながら、ワイヤボンディング装置１００を用いたワイヤボンディング方法について説明する。ワイヤボンディング方法は、装置の設定工程と、実際のボンディング工程と、を有する。具体的には、ワイヤボンディング方法は、設定工程１（Ｓ１０）と、設定工程２（Ｓ２０）と、ボンディング工程（Ｓ３０）と、を有する。

【0053】

設定工程１（Ｓ１０）は、デバイスに起因しない工程である。設定工程１（Ｓ１０）は、第１キャリブレーションを行う工程Ｓ１と、第２キャリブレーションを行う工程Ｓ２と、カメラオフセット値を設定する工程Ｓ３と、を含む。

【0054】

設定工程２（Ｓ２０）は、デバイスに起因する工程である。設定工程２（Ｓ２０）は、ボンディングの対象物を変更するごとに行われる。設定工程２（Ｓ２０）は、第１アライメント点を登録する工程Ｓ４と、第２アライメント点を登録する工程Ｓ５と、パッドセンタリングを行う工程Ｓ６と、を有する。

【0055】

ボンディング工程（Ｓ３０）は、リードロケータを行う工程Ｓ７と、位置決め動作を行う工程Ｓ８と、を含む。

【0056】

＜第１キャリブレーションを行う工程＞
第１キャリブレーションとは、ツール用ＸＹステージ６のエンコーダ値と撮像ユニット５０の第２視野２０３における画素の座標との相関を得る動作である。この相関とは、ツール用ＸＹステージ６のＸＹ座標系と、カメラの第２視野２０３内のＸＹ座標系との間における、スケールと座標回転の相関である。この相関を得る作業を、カメラキャリブレーションと呼ぶ。ツール用ＸＹステージ６のＸＹ座標系の原点は、エンコーダが読み取ることができる任意の位置に設定する。カメラのＸＹ座標系の原点は、視野内の任意の位置に設定する。以下、説明を容易にするために、カメラのＸＹ座標系の原点は、視野の中心とする。第２視野２０３における画素の座標は、視野座標の一例である。エンコーダ値は、位置座標の一例である。

【0057】

第１キャリブレーションを行う工程Ｓ１として、カメラキャリブレーションを行う。工程Ｓ１では、ツール用ＸＹステージ６と撮像ユニット５０との関係を補正する情報として、カメラキャリブレーション値を得る。カメラキャリブレーション値は、低倍率側の第１撮像装置３０Ａに設定すると共に高倍率側の第２撮像装置３１Ａにも設定する。

【0058】

工程Ｓ１は、まず、（１）ツール用ＸＹステージ６を移動させることによって、第２視野２０３に参照点２１を収める。次に、参照点２１が含まれた低倍率の画像と、参照点２１が含まれた高倍率の画像と、を得る。次に、（２）得られた画像から特徴的なパターンを登録する。次に、（３）ツール用ＸＹステージ６を所定のピッチで移動させる動作と、移動後に参照点２１の画像を得る動作と、を繰り返す。また、移動させるごとにツール用ＸＹステージ６の移動量をエンコーダを用いて取得する。次に（４）移動させるごとに得た画像を用いた画像認識処理によって、パターンの移動量及び移動方向を算出する。次に、（５）パターンの移動量及び移動方向を統計処理することによって、ツール用ＸＹステージ６のエンコーダと、第１撮像装置３０Ａ及び第２撮像装置３１Ａの画素との関係（大きさ、方向）を算出する。この関係が、これが第１キャリブレーション値である。

【0059】

＜第２キャリブレーションを行う工程＞
第２キャリブレーションとは、光学系用ＸＹステージ１１のエンコーダ値またはパルス値と、撮像ユニット５０の第１視野２０２における画素と、の相関を得る動作である。この相関とは、光学系用ＸＹステージ１１のＸＹ座標系と、カメラの第２視野２０３内のＸＹ座標系との間における、スケールと座標回転の相関である。この相関を得る動作も、カメラキャリブレーションと呼ぶ。第２キャリブレーションを行う工程Ｓ２として、カメラキャリブレーションを行う。この工程Ｓ２では、光学系用ＸＹステージ１１と撮像ユニット５０との関係を補正する情報としてカメラキャリブレーション値を得る。カメラキャリブレーション値は、低倍率側の第１撮像装置３０Ａに設定すると共に高倍率側の第２撮像装置３１Ａにも設定する。

【0060】

工程Ｓ２は、（１）光学系用ＸＹステージ１１を移動させることにより第１視野２０２に半導体チップ２０を収める。次に、半導体チップ２０が含まれた低倍率の画像と、半導体チップ２０が含まれた高倍率の画像と、を得る。次に、（２）得られた画像から特徴的なパターンを登録する。次に、（３）光学系用ＸＹステージ１１を所定のピッチで移動させる動作と、移動後に半導体チップ２０の画像を得る動作と、を繰り返す。また、移動させるごとに光学系用ＸＹステージ１１の移動量をエンコーダから取得する。なお、光学系用ＸＹステージ１１の移動量は、光学系用ＸＹステージ１１を移動させるパルス値を用いて得てもよい。次に、（４）移動させるごとに得た画像を用いた画像認識処理によって、パターンの移動量及び移動方向を算出する。次に、（５）パターンの移動量及び移動方向を統計処理することによって、光学系用ＸＹステージ１１の位置（エンコーダ又はパルス位置）と、第１撮像装置３０Ａ及び第２撮像装置３１Ａの画素との関係（大きさ、方向）を算出する。この関係が、これが第２キャリブレーション値である。

【0061】

＜カメラオフセット値を設定する工程＞
カメラオフセット値とは、ツール用ＸＹステージ６に搭載されたワイヤボンディングユニット上にある参照点２１が第２視野２０３の中心にあるとき、第１視野２０２の中心にボンディングするために、ツール用ＸＹステージ６に要求される移動距離である。本実施形態のカメラオフセット値は、従来のワイヤボンダで用いられる用語のカメラオフセットとは異なる、別の概念である。図１０は、カメラオフセット値を設定する工程Ｓ３の詳細を示す工程表である。工程Ｓ３では、光学系１０とボンディングツールとの相関関係を設定する。光学系１０とボンディングツールとの相関関係は、カメラオフセット値とも称する。カメラオフセット値を設定する工程Ｓ３は、ボンディング点を設定する第１動作Ｓ３１と、ボンディング又は圧痕を形成する第２動作Ｓ３２と、ボンディング位置を算出する第３動作Ｓ３３と、を含む。

【0062】

第１動作Ｓ３１は、以下の動作を含む。第１視野２０２に半導体チップ２０が収まるように光学系用ＸＹステージ１１を動作させる（Ｓ３１ａ、Ｓ３１ｂ、図１１（ａ）参照）。次に、第１視野２０２の中心２０２Ｃをボンディング点として設定する（Ｓ３１ｃ）。次に、参照点２１が第２視野２０３に収まるように、ツール用ＸＹステージ６を動作させる（Ｓ３１ｄ）。次に、第２視野２０３の撮像を行う（Ｓ３２ｅ、図１１（ｂ）参照）。次に、計算を行う（Ｓ３１ｆ）。具体的には、エンコーダから読み取ったツール用ＸＹステージ座標を（ｘ０、ｙ０）に設定する。次に、画像認識によって第２視野２０３のカメラ座標における参照点２１の位置（ｘ０ｓ’、ｙ０ｓ’）を求める（Ｓ３１ｅ、図１１（ｂ）参照）。次に、画素単位であるカメラ座標から、先に求めた第１キャリブレーションの値をもとに、実際長さ（μｍ）に座標を変換する。その結果、座標（ｘ０ｓ、ｙ０ｓ）を得る。ツール用ＸＹステージ６のＸＹ座標及び方向と、スケールと、は同じである。原点は、第２視野２０３のカメラ座標と同一である。従って、ツール用ＸＹステージ６を（－ｘ０ｓ、－ｙ０ｓ）だけ移動させると、参照点２１は第２視野２０３の中心である。実際の運用時には、参照点２１を視野中心に移動させる必要はない。第１動作Ｓ３１の後、光学系用ＸＹステージ１１は、退避する（Ｓ３１ｇ）。

【0063】

第２動作Ｓ３２は、以下の動作を含む。キャピラリ１がボンディング点に移動するように、装置に記憶されているカメラオフセット値の距離だけツール用ＸＹステージ６を動作させる（Ｓ３２ａ）。次に、Ｚ軸駆動部５は、ボンディングを行う（Ｓ３２ｂ）。なお、ボンディング動作に代えて、圧痕を形成する動作を行ってもよい。第２動作Ｓ３２の後、光学系用ＸＹステージ１１は、退避する（Ｓ３２ｃ）。

【0064】

第３動作Ｓ３３は、以下の動作を含む。第１視野２０２にボンディング点２２が収まるように光学系用ＸＹステージ１１を動作させる（Ｓ３３ａ）。Ｓ３３ａにおける学系用ＸＹステージ１１の位置は、Ｓ３１ａ、Ｓ３１ｃにおける光学系用ＸＹステージ１１の位置と同じである。換言すると、学系用ＸＹステージ１１に設けられたエンコーダの出力値または学系用ＸＹステージ１１に提供されるパルスが同じ値である。次に、第１視野２０２の撮像を行う（Ｓ３３ｂ、図１１（ｃ）参照）。次に、計算を行う（Ｓ３３ｃ）。この計算では、第１視野２０２の中心に対するボンディング位置を得る。まず、第１視野２０２のカメラ座標に基づきボンディング点２２の座標（Ｘｂ’、Ｙｂ’）を得る。次に、この座標（Ｘｂ’、Ｙｂ’）をツール用ＸＹステージ６の座標に変換する。その結果、座標（Ｘｂ、Ｙｂ）を得る。次に、参照点２１が第２視野２０３に収まるように、ツール用ＸＹステージ６を動作させる（Ｓ３３ｄ）。次に、第２視野２０３の撮像を行う（Ｓ３３ｅ、図１１（ｄ）参照）。そして、計算を行う（Ｓ３３ｆ）。具体的には、エンコーダから読み取ったツール用ＸＹステージ座標を（ｘ１、ｙ１）とする。画像認識によって第２視野２０３のカメラ座標における参照点２１の位置（ｘ１ｓ’、ｙ１ｓ’）を求める。参照点２１の位置をツール用ＸＹステージ６の座標スケールに変換する。その結果、座標（ｘ１ｓ、ｙ１ｓ）を得る。

【0065】

ワイヤボンディング装置１００には、カメラオフセット値（Ｘｃ０、Ｙｃ０）が記憶されている。カメラオフセット値は、温度変化などで変化する。カメラオフセット値の変化（ΔＸｃ、ΔＹｃ）は上記で求めた値を用いると、下記式（１）のとおりである。
（ΔＸｃ、ΔＹｃ）＝（（ｘ１ｓ－ｘ１）－（ｘ０ｓ－ｘ０）＋Ｘｂ、（ｙ１ｓ－ｙ１）－（ｙ０ｓ－ｙ０）＋Ｙｂ）…（１）
従って、新たに設定されたカメラオフセット値（Ｘｃ、Ｙｃ）は、下記式（２）のとおりである。
（Ｘｃ、Ｙｃ）＝（Ｘｃ０＋ΔＸｃ、Ｙｃ０＋ΔＹｃ）＝（Ｘｃ０＋（ｘ１ｓ－ｘ１）－（ｘ０ｓ－ｘ０）＋Ｘｂ、Ｙｃ０＋（ｙ１ｓ－ｙ１）－（ｙ０ｓ－ｙ０）＋Ｙｂ）…（２）

【0066】

＜第１アライメント点を登録する工程＞
ボンディングの対象となる部品の品種ごとにアライメント点を登録する（工程Ｓ４）。工程Ｓ４では、チップ側のアライメント点を設定する。具体的には、まず（１）光学系用ＸＹステージ１１を動作させることにより、第１視野２０２にボンディングを行う半導体チップ２０を移動させる。次に、（２）半導体チップ２０を第１視野２０２に収めた状態として、第１撮像装置３０Ａによって画像を得ると共に第２撮像装置３１Ａによっても画像を得る。次に、（３）得られた画像から、特徴的な半導体チップ２０の領域を第１アライメント点として登録する。

【0067】

＜第２アライメント点を登録する工程＞
ボンディングの対象となる部品の品種ごとにアライメント点を登録する（工程Ｓ５）。工程Ｓ５では、リード側のアライメント点を設定する。具体的には、（１）光学系用ＸＹステージ１１を動作させることにより、ボンディングを行う半導体チップ２０のリードが第１視野２０２に含まれるように移動させる。なお、半導体チップ２０の第１アライメント点を登録する視野の内側に、リード側の第２アライメント点が含まれる場合は、光学系用ＸＹステージ１１を動作させる必要はない。この場合には、第１アライメント点を登録する工程Ｓ４で得た画像を用いてよい。次に、（２）半導体チップ２０のリード側を、第１視野２０２に収めた状態として、第１撮像装置３０Ａによって画像を得ると共に第２撮像装置３１Ａによっても画像を得る。次に、（３）得られた画像から、特徴的な半導体チップ２０のリード側の領域を第２アライメント点として登録する。

【0068】

＜パッドセンタリングを行う工程＞
個々のパッドを第１視野２０２に収めた状態で、撮像する（工程Ｓ６）。個々の画像は、視野端の一定領域で重なる。その結果、複数の画像によって全体のパッドの位置が把握できる。なお、光学系用ＸＹステージ１１の精度が良い場合は、画像の端を重ねる必要はない。

【0069】

＜リードロケータを行う工程＞
リードロケータを行う工程Ｓ７を実施する（図１２（ａ）参照）。第１視野２０２に個々のリード２０４（図１３参照）が収まるように、ツール用ＸＹステージ６を動作させる（Ｓ７ａ）。次に、第１視野２０２の画像を取得する（Ｓ７ｂ）。この画像には、個々のリード２０４が含まれる。個々のリード２０４を第１視野２０２に収めた状態で、撮像する。個々の画像は、視野の端部における一定の領域で重なる。その結果、複数の画像によって全体のリード２０４の位置が把握できる。なお、光学系用ＸＹステージ１１の精度が良い場合は、画像の端を重ねる必要はない。

【0070】

＜位置決め動作を行う工程＞
図１２（ｂ）の工程表に示す一連の動作により位置決めを行う（工程Ｓ８）。位置決め動作を行う工程Ｓ８は、アライメントを行う第４動作Ｓ８１と、相関関係を取得する第５動作Ｓ８２と、アライメントを行う第６動作Ｓ８３と、相関関係を取得する第７動作Ｓ８４と、を有する。図１３は、アライメントを行う第４動作Ｓ８１において取得した第１視野２０２の画像の例示である。第１視野２０２には、半導体チップ２０の大部分が収まっている。部品１０２は、ウィンドクランパといった半導体チップ２０の位置を保持するための部品である。

【0071】

第４動作Ｓ８１は、以下の動作を含む。第１視野２０２に第１リードアライメント点Ｌ１、第１チップアライメント点Ａ１及び第２チップアライメント点Ａ２が収まるように、光学系用ＸＹステージ１１を動作させる（Ｓ８１ａ）。次に、第１撮像装置３０Ａを用いて第１視野２０２における高倍率の画像を取得する（Ｓ８１ｂ）。この画像には、第１チップアライメント点Ａ１及び第２チップアライメント点Ａ２が含まれる。次に、第２撮像装置３１Ａを用いて第１視野２０２における低倍率の画像を得る（Ｓ８１ｃ）。この画像には、第１リードアライメント点Ｌ１が含まれる。

【0072】

第５動作Ｓ８２では、ツール用ＸＹステージ６と第１撮像装置３０Ａとの相関関係を取得する。さらに、第５動作Ｓ８２では、ツール用ＸＹステージ６と第２撮像装置３１Ａとの相関関係も取得する。第２視野２０３に参照点２１が収まるように、ツール用ＸＹステージ６を動作させる（Ｓ８２ａ）。次に、第２視野２０３の画像を取得する（Ｓ８２ｂ）。次に、ツール用ＸＹステージ６を用いてツールを退避させる。

【0073】

第６動作Ｓ８３は、以下の動作を含む。第１視野２０２に第２リードアライメント点が収まるように、光学系用ＸＹステージ１１を動作させる（Ｓ８３ａ）。次に、第２撮像装置３１Ａを用いて第１視野２０２における低倍率の画像を取得する（Ｓ８３ｂ）。この画像には、第２リードアライメント点が含まれる。

【0074】

第７動作Ｓ８４では、ツール用ＸＹステージ６と第１撮像装置３０Ａとの相関関係を取得する。さらに、第７動作Ｓ８４では、ツール用ＸＹステージ６と第２撮像装置３１Ａとの相関関係を取得する。第２視野２０３に参照点２１が収まるように、ツール用ＸＹステージ６を動作させる（Ｓ８４ａ）。次に、第２視野２０３の画像を取得する（Ｓ８４ｂ）。次に、ツール用ＸＹステージ６を用いて参照点２１を含むツールを退避させる（Ｓ８４ｃ）。

【0075】

なお、視野が十分に広い場合は、低倍率の光路系と高倍率の光路系とを含む二眼構成を要しない。つまり、視野が十分に広い場合は、一眼としてよい。なお、「一眼」及び「二眼」とは、互いに倍率等の異なる光路系の数と理解してもよい。

【0076】

＜作用効果＞
ワイヤボンディング装置１００は、半導体チップ２０が載置されるボンディングステージ７と、半導体チップ２０にボンディングワイヤ２００を接合するキャピラリ１、キャピラリ１を往復移動させるＺ軸駆動部５、及び、キャピラリ１及びＺ軸駆動部５を往復移動の方向と交差する二次元平面に沿って移動させるツール用ＸＹステージ６を有するワイヤボンディングユニット４０と、光学系１０と、光学系１０を往復移動の方向と交差する二次元平面に沿って移動させる光学系用ＸＹステージ１１とを有し、ワイヤボンディングユニット４０が取り付けられる基台７０と、を備える。ワイヤボンディングユニット４０は、基台７０の第１の部分７１ａに取り付けられる。光学系用ＸＹステージ１１は、基台７０の第１の部分７１ａとは別の第２の部分７１ｂに取り付けられる。

【0077】

ワイヤボンディング装置１００は、ワイヤボンディングユニット４０及び撮像ユニット５０のそれぞれが、基台７０の互いに異なる部分に取り付けられている。そうすると、従来のようにＸＹステージおよびキャピラリ駆動部の動作によって発生した振動が、撮像ユニット５０の片持ち構造に作用して、キャピラリ１に意図しない振動を発生させることはない。撮像ユニット５０の動作に起因して生じる振動は、ワイヤボンディングユニット４０に到達するまでに十分に減衰できるので、ワイヤボンディングユニット４０の動作に影響を与えにくくなる。従って、良好な状態においてボンディングを行うことが可能になるので、ボンダビリティの低下を抑制できる。

【0078】

本実施形態のワイヤボンディング装置１００では、位置決め用の光学系１０がＺ軸駆動部５を備えるボンディングツールと同じツール用ＸＹステージ６に搭載されない。この構成によれば、以下に示すいくつかの有利な効果を奏する。まず、ツール用ＸＹステージ６が負担する質量が減る。従って、ツール用ＸＹステージ６の負荷が小さくなる。その結果、ボンディングツールの移動時間をより短縮できるので、１個の被処理部品（ユニット）に要する処理時間を示す指標（ＵＰＨ：Unit Per Hour）が向上する。さらに、撮像ユニット５０とワイヤボンディングユニット４０との間に介在する系は、単純であり距離が短い。その結果、撮像ユニット５０とワイヤボンディングユニット４０との間に生じる温度変化に起因する熱変形の補正が容易である。

【0079】

光学系１０及びボンディングヘッドであるＺ軸駆動部５の振動は、制御系に影響を与えることがあり得る。しかし、位置決め用の光学系１０は、ボンディングツールと同じツール用ＸＹステージ６に搭載されない。従って、Ｚ軸駆動部５が受ける光学系１０の振動の影響は、抑制される。その結果、光学系１０及びＺ軸駆動部５及びツール用ＸＹステージ６の振動の減衰を待つ時間（振動静定タイマー）を設ける必要がない。従って、ＵＰＨをさらに向上させることができる。そのうえ、光学系１０を高速のツール用ＸＹステージ６に搭載しない。従って、光学系１０の形状及び質量に対する制限を緩和できる。その結果、光学系１０には、検査等の新たな機能を搭載することが可能になる。

【0080】

本実施形態のワイヤボンディング装置１００は、以下の作用効果を奏することもできる。まず、ツール用ＸＹステージ６に搭載される部品の質量が減る。具体的には、撮像ユニット５０の質量が減る。その結果、ツール用ＸＹステージ６を駆動するための、モータの負荷を減らすことができる。例えば、ツール用ＸＹステージ６のモータの負荷をおよそ半分にできる。その結果、単純計算として、移動時間を３割も低減させることができる。従って、ボンディング速度をさらに高めることができる。その結果、１個の被処理部品（ユニット）に要する処理時間を示す指標（ＵＰＨ：Unit Per Hour）を向上させることができる。

【0081】

そのうえ、撮像ユニット５０を構成する光学系１０は、高速移動が可能なステージに搭載する必要があった。従って、撮像ユニット５０には、高速移動を可能とするために形状、質量及び構造等に大きな制限があった。しかし、撮像ユニット５０をワイヤボンディングユニット４０と別体とすることにより、当該制限をある程度緩和することが可能である。その結果、撮像ユニット５０又はワイヤボンディングユニット４０には、検査等の新たな機能を実現するための部品を搭載することが可能になる。

【0082】

撮像ユニット５０を構成する光学系１０の振動が、キャピラリ１を含むワイヤボンディングユニット４０の制御系に与える影響を抑制できる。その結果、ワイヤボンディングユニット４０の制御がより容易になる。さらに、撮像ユニット５０を構成する光学系１０の振動は、ボンディングツールであるキャピラリ１に影響を与えない。その結果、ボンダビリティを向上させることができる。そのうえ、撮像ユニット５０を構成する光学系１０の振動の影響が無視できない場合には、ワイヤボンディング装置１００を構成する種々の部品に生じる振動が減衰するまで待機する必要がある。しかし、ワイヤボンディング装置１００は、撮像ユニット５０を構成する光学系１０の振動の影響が抑制される。換言すると、光学系１０の振動の影響は、実質的に無視できる。従って、振動が減衰するまで待機する時間は、不要である。その結果、上述したＵＰＨを向上させることができる。

【0083】

位置決め用の光学系を用いてツール用ＸＹステージ６の参照点２１の画像を取得する。光学系１０とツール用ＸＹステージ６との相関を取る。この相関の取得により温度変化などによるボンディングオフセットの変化も補正できる。これは、キャピラリ１の先端位置を撮像する機能（ＲＰＳ：Reference Positioning System）の代替として用いることが可能である。従って、ワイヤボンディング装置１００へのＲＰＳ機能の搭載を省略することができる。その結果、Ｙ方向のボンディングエリアを拡大できる。

【0084】

オフセットの変化を温度補正する場合、補正で考慮すべき要因は、参照点２１の移動と、第１視野２０２の移動である。参照点２１の移動は、例えば、ボンディングツールの伸び及び超音波ホーン２の伸びに起因する。第１視野２０２の移動は、例えば、光学系の先端部分の伸びに起因する。光学系の先端部分とは、分岐ハーフミラーより物体面側の部分を意味する。つまり、補正で考慮すべき要因は少なく、単純である。従って、温度補正を容易に行うことができる。

【0085】

要するに、本実施形態の装置は、可動ステージであるツール用ＸＹステージ６にボンディングツールが搭載されているワイヤボンダである。ワイヤボンダは、可動ステージの外に設置された光学系により、ボンディング対象物の画像および可動ステージ上の参照点２１の画像を取得する。そして、画像から得られる座標及び可動ステージの座標を利用して、ボンディング対象物とボンディングツールとの位置関係を算出する。

【0086】

上記のワイヤボンダの光学系は、可動ステージに搭載されていてもよい。さらに、上記のワイヤボンダは、同一の撮像装置により、ボンディング対象物の画像と参照点２１の画像とを取得してもよい。さらに、上記のワイヤボンダは、参照点２１が超音波ホーンまたはホーンホルダ上にあってもよい。さらに、上記のワイヤボンダは、同一のレンズを用いて、ボンディング対象物の画像と参照点２１の画像とを取得してもよい。

【0087】

上述した構成を有するワイヤボンディング装置１００によれば、ボンディングスピードの向上と、ＵＰＨの向上と、ボンディング精度の向上と、ボンダビリティの向上と、を実現できる。また、ワイヤボンディング装置１００によれば、ボンディングエリアを拡大することもできる。

【0088】

以上、ワイヤボンディング装置の実施形態について説明した。ワイヤボンディング装置は、上述した実施形態に限定されない。

【0089】

＜光路構成の変形例＞
第１視野２０２から第１撮像装置３０Ａ及び第２撮像装置３１Ａまでの光路長と、第２視野２０３から第１撮像装置３０Ａ及び第２撮像装置３１Ａまでの光路長と、を一致させるための構成は、所望の構成を採用してよい。図１４は、このような場合の光路構成の一例を示す。図１４及び図１５に示すように、空気中の距離が一致するように複数のミラーによって光路を折り曲げる構成を採用してもよい。撮像ユニット５０Ａは、実施形態の撮像ユニット５０の構成に加えて、さらに光路長補正部材９５を有する。撮像ユニット５０Ａは、必要に応じて追加の光学部品３０Ｃ、３０Ｄ（図１５参照）を有してもよい。光路長補正部材９５は、ハーフミラー３７と、ハーフミラー３８との間に配置されている。光路長補正部材９５は、図１５に示すように複数のミラー４１、４２、４３、４４を用いて、４回の反射を行う光路を構成する。この光路構成によって光路長を補正する。なお、ミラー４１、４２、４３、４４に代えて、プリズムを採用してもよい。

【0090】

図１６に示す光学系１０Ｂは、レンズ３０Ｅ、３０Ｆ及び光路長補正部材９５Ａを含む。光路長補正部材９５Ａは、光路上に配置された屈折率が空気と異なる材料からなる光学部材９６である。光路長補正部材９５Ａとは、光路を折り曲げるためのミラー及び屈折率が空気と異なる光学部材などを含む。レンズの特性から、像面からレンズの後側主平面までの光路長がガラス内を通ることにより短くなると、フォーカス位置が短くなる。従って、図１６のような構成が可能となる。

【0091】

図１５に示した変形例は、図３の変形例とは異なり、第２視野２０３で参照点２１を見たときに、第１視野２０２はキャピラリの直上にある。すなわち、Ｘ方向のカメラオフセット値はゼロに近い。従って、第２視野２０３で参照点２１を見ている状態からツールが退避すると、第１視野２０２にてボンディング点の近傍におけるボンディングの対象物をそのまま見ることができる。この構造を用いると、図３に示した変形例に比べて、光学系の構造及び位置合わせ方法が簡略化できる。

【0092】

光学系１０の構成は、第１視野２０２から第１撮像装置３０Ａ及び第２撮像装置３１Ａまでの光路長と、第２視野２０３から第１撮像装置３０Ａ及び第２撮像装置３１Ａまでの光路長と、を一致させる構成に限定されない。光路長が異なっていても、第１視野２０２にフォーカスを合わせると共に、第２視野２０３にもフォーカスを合わせることが可能な構成を採用することもできる。例えば、光学系は、レンズ、曲率を持ったミラー又はプリズムを含んで構成してもよい。

【0093】

レンズ及びミラーなどの光学素子の位置を機械的に移動させる構成を採用してもよい。このような構成は、レンズの駆動によってフォーカスを調整する機能を備えた光学系である。光学素子の曲率を変えることにより補正する機能を備えた光学系を採用してもよい。このような光学系には、液体レンズが採用される。なお、この場合には、第１視野２０２の倍率と第２視野２０３の倍率とは、そのままでは一致しない。従って、倍率の補正が必要である。

【0094】

＜参照点を設ける位置の変形例＞
図１７に示すように、参照点２１を設ける部材は、超音波ホーン２に限定されない。例えば、ツール用ＸＹステージ６の上のから突き出すように設けられたアーム部材であるトーチアーム９１の先端に参照点２１Ａを設けてもよい。参照点２１Ｂは、ホーンホルダ４に設けてもよい。参照点２１Ｃは、ボンディングヘッドであるＺ軸駆動部５の上面に設けてもよい。

【0095】

＜カメラオフセット値を設定する工程の変形例＞
カメラオフセット値を設定する工程は、図１０等に示す一連の動作に限定されない。図１８は、上述したカメラオフセット値を設定する工程Ｓ３に代えて採用できる別の一連の動作（工程Ｓ９）を示す。変形例では、特徴的なパターンを画像認識する。その結果、参照点２１を用いることなくカメラオフセット値を設定できる。

【0096】

図１８は、カメラオフセット値を設定する工程Ｓ９の変形例の詳細を示す工程表である。カメラオフセット値を設定する工程Ｓ９は、ボンディング点を設定する第８動作Ｓ９１と、ボンディング又は圧痕を形成する第９動作Ｓ９２と、ボンディング位置を算出する第１０動作Ｓ９３と、を含む。

【0097】

第８動作Ｓ９１は、以下の動作を含む。第１視野２０２に半導体チップ２０が収まるように光学系用ＸＹステージ１１を動作させる（Ｓ９１ａ、Ｓ９１ｂ）。次に、第１視野２０２においてレチクルを用いてボンディング点を設定する（Ｓ９１ｃ）。次に、計算を行う（Ｓ９１ｄ）。具体的には、第１視野２０２における特徴的なパターンに対する、設定したボンディング点の相対位置を求める。相対位置は、カメラ座標（Ｘｂ２’，Ｙｂ２’）に従う。第８動作Ｓ９１の後、光学系用ＸＹステージ１１は、退避する（Ｓ９１ｅ）。次に、ツール用ＸＹステージ６を動作させて（Ｓ９１ｆ）、第２視野２０３に参照点２１を配置する（Ｓ９１ｇ）。次に、参照点２１を画像認識して、第２視野２０３の内部における参照点２１の位置を求める（Ｓ９１ｈ）。

【0098】

第９動作Ｓ９２は、以下の動作を含む。キャピラリ１がボンディング点に移動するように、ツール用ＸＹステージ６を動作させる（Ｓ９２ａ）。この移動距離は、装置に記憶されているカメラオフセットに対して、Ｓ９１で求めた第２視野２０３の中心に対する参照点２１のずれを減算した値である。すなわち、参照点２１が第２視野２０３の中心にあって、記憶されているカメラオフセットだけ移動した場合と同じように、ツール用ＸＹステージ６が移動することになる。次に、Ｚ軸駆動部５は、ボンディングを行う（Ｓ９２ｂ）。なお、ボンディング動作に代えて、圧痕を形成する動作を行ってもよい。その後、ツール用ＸＹステージ６は、退避する（Ｓ９２ｃ）

【0099】

第１０動作Ｓ９３は、以下の動作を含む。第１視野２０２にボンディング点が収まるように光学系用ＸＹステージ１１を動作させる（Ｓ９３ａ）。次に、第１視野２０２に収まったボンディング点の撮像を行う（Ｓ９３ｂ）。次に、計算を行う（Ｓ９３ｃ）。具体的には、第１視野２０２における特徴的なパターンに対する、設定したボンディング点の相対位置を求める。相対位置は、カメラ座標（Ｘｂ３’，Ｙｂ３’）に従う。

【0100】

装置に記憶されているカメラオフセット値を（Ｘｃ０、Ｙｃ０）とする。カメラオフセット値として、前回設定した値や装置生産時は設計値を採用してよい。カメラオフセット値の変化は、カメラ座標に基づくと（Ｘｂ３’－Ｘｂ２’、Ｙｂ３’－Ｙｂ２’）である。ツール用ＸＹステージ６の座標に変換したカメラオフセット値の変化は、（Ｘｂ３－Ｘｂ２、Ｙｂ３－Ｙｂ２）である。その結果、光学系の視野中心の位置と、ツールが下降する位置との相関関係は（Ｘｃ、Ｙｃ）＝（Ｘｃ０＋Ｘｂ３－Ｘｂ２、Ｙｃ０＋Ｙｂ３－Ｙｂ２）である。

【0101】

＜その他の変形例＞
実施形態では、ボンディングの対象物である半導体チップ２０と参照点２１とは、共通の撮像装置を用いて画像を取得していた。例えば、ワイヤボンディング装置１００は、ボンディングの対象物の画像を取得する撮像装置と、参照点２１の画像を取得する撮像装置と、をそれぞれ別個のものとして備えてもよい。

【0102】

実施形態では、第１視野２０２にボンディングの対象物を収めて画像を得ると共に、第２視野２０３に参照点２１を収めて画像を得た。例えば、第１視野２０２又は第２視野２０３の一方にボンディングの対象物及び参照点２１を納めて画像を得てもよい。つまり、第１視野２０２と第２視野２０３とを統合するように、動作させてもよい。

【0103】

フレーム内、ウィンドクランパの開口部を複数回撮像することにより複数の画像を得る。そして、それらの画像を合成した後に、参照点２１を基準としてボンディングを行ってもよい。

【符号の説明】

【0104】

１…キャピラリ、２…超音波ホーン、５…Ｚ軸駆動部（キャピラリ駆動部）、６…ツール用ＸＹステージ（ＸＹステージ）、７…ボンディングステージ、１０，１０Ｂ…光学系、１１…光学系用ＸＹステージ（カメラ駆動部）、２１…参照点、２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ…参照点、３０Ｂ，３１Ｂ，３７…ハーフミラー、３０Ｅ，３０Ｆ…レンズ、３４，３８…ハーフミラー（光分岐部）、４０…ワイヤボンディングユニット、５０，５０Ａ…撮像ユニット（撮像部）、７０…基台、７１ａ…第１の部分、７１ｂ…第２の部分、１００…ワイヤボンディング装置、２００…ボンディングワイヤ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】