特許 7526510 ボンディング装置、ボンディング方法およびボンディングプログラム

(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】2024-07-24

(45)【発行日】2024-08-01

(54)【発明の名称】ボンディング装置、ボンディング方法およびボンディングプログラム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20240725BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 301G

H01L21/60 301L

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022575024

(86)(22)【出願日】2021-01-18

(86)【国際出願番号】 JP2021001397

(87)【国際公開番号】W WO2022153519

(87)【国際公開日】2022-07-21

【審査請求日】2023-04-19

(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】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】瀬山 耕平

【審査官】堀江 義隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－１５８２５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２６０８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２５３０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステージに載置された基板に対し、駆動可能に設けられたヘッド部と、
前記ヘッド部に設けられ、前記基板のボンディングポイントへボンディングワイヤを供給するボンディングツールと、
前記ヘッド部に設けられ、前記ステージのステージ面に平行な平面が焦点面となるようにそれぞれの光学系と撮像素子がシャインプルーフ条件を満たして配置された、前記ボンディングツールから延出された前記ボンディングワイヤの先端部を合焦させることができる第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットと、
前記第１撮像ユニットが出力する第１画像に写り込んだ、前記ボンディングポイントのうち次に前記ボンディングワイヤを供給する目標ポイントの像である第１像と、前記第２撮像ユニットが出力する第２画像に写り込んだ前記目標ポイントの像である第２像に基づいて前記目標ポイントの三次元座標を算出する算出部と、
前記算出部に算出された前記目標ポイントの三次元座標に基づいて前記ボンディングツールを前記目標ポイントに接近させる駆動制御部と
を備えるボンディング装置。

【請求項2】

前記算出部は、前記第１画像に写り込んだ、前記ボンディングポイントのうち次以降に前記ボンディングワイヤを供給する後続ポイントの像である第３像と、前記第２画像に写り込んだ前記後続ポイントの像である第４像に基づいて前記後続ポイントの三次元座標を算出し、
前記駆動制御部は、前記目標ポイントへの前記ボンディングワイヤの供給後に、前記算出部に算出された前記後続ポイントの三次元座標に基づいて前記ボンディングツールを移動させる請求項１に記載のボンディング装置。

【請求項3】

前記第１撮像ユニットおよび前記第２撮像ユニットの少なくともいずれかが出力する画像に基づいてボンディング工程の適否を評価する評価部を備え、
前記駆動制御部は、前記評価部の評価結果に基づいて前記ボンディングツールの駆動制御を変更する請求項１または２に記載のボンディング装置。

【請求項6】

ステージに載置された基板に対し、駆動可能に設けられたヘッド部と、前記ヘッド部に設けられ、前記基板のボンディングポイントへボンディングワイヤを供給するボンディングツールと、前記ヘッド部に設けられ、前記ステージのステージ面に平行な平面が焦点面となるようにそれぞれの光学系と撮像素子がシャインプルーフ条件を満たして配置された、前記ボンディングツールから延出された前記ボンディングワイヤの先端部を合焦させることができる第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットとを備えるボンディング装置を用いたボンディング方法であって、
前記ステージに固定された前記基板の前記ボンディングポイントのうち次に前記ボンディングワイヤを供給する目標ポイントを、前記第１撮像ユニットおよび前記第２撮像ユニットのそれぞれに撮像させる撮像ステップと、
前記第１撮像ユニットが出力する第１画像に写り込んだ、前記目標ポイントの像である第１像と、前記第２撮像ユニットが出力する第２画像に写り込んだ前記目標ポイントの像である第２像に基づいて前記目標ポイントの三次元座標を算出する算出ステップと、
前記目標ポイントの三次元座標に基づいて、前記ボンディングワイヤを供給するボンディングツールを前記目標ポイントに接近させる駆動ステップと
を有するボンディング方法。

【請求項7】

ステージに載置された基板に対し、駆動可能に設けられたヘッド部と、前記ヘッド部に設けられ、前記基板のボンディングポイントへボンディングワイヤを供給するボンディングツールと、前記ヘッド部に設けられ、前記ステージのステージ面に平行な平面が焦点面となるようにそれぞれの光学系と撮像素子がシャインプルーフ条件を満たして配置された、前記ボンディングツールから延出された前記ボンディングワイヤの先端部を合焦させることができる第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットとを備えるボンディング装置を制御するボンディングプログラムであって、
前記ステージに固定された前記基板の前記ボンディングポイントのうち次に前記ボンディングワイヤを供給する目標ポイントを、前記第１撮像ユニットおよび前記第２撮像ユニットのそれぞれに撮像させる撮像ステップと、
前記第１撮像ユニットが出力する第１画像に写り込んだ、前記目標ポイントの像である第１像と、前記第２撮像ユニットが出力する第２画像に写り込んだ前記目標ポイントの像である第２像に基づいて前記目標ポイントの三次元座標を算出する算出ステップと、
前記目標ポイントの三次元座標に基づいて、前記ボンディングワイヤを供給するボンディングツールを前記目標ポイントに接近させる駆動ステップと
をコンピュータに実行させるボンディングプログラム。

【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、ボンディング方法およびボンディングプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

これまでのワイヤボンダにおいては、作業領域を真上からカメラで撮像してその位置を確認し、カメラを退避させ、当該作業領域の真上にボンディングツールを移動させてからボンディング処理を行っていた。このようにカメラとボンディングツールの配置にオフセットが存在することから、その相対位置を正しく測定する技術が利用されることもある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１６／１５８５８８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

位置確認とボンディング処理をシーケンシャルに実行する場合には、時間を要するばかりか、位置確認とボンディング処理の間に熱の影響等によって計測した位置にずれが生じる場合がある。また、ヘッド部とは別の構造体に撮像ユニットを装着すると、計測誤差を生じる要因が増大する。一方で、従来の撮像ユニットをヘッド部のツール脇に配設すると、その視野の狭さから、作業領域を観察することが困難であった。

【0005】

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ヘッド部に対する作業領域の精確な三次元座標計測を実現すると共に、作業領域の三次元座標計測からボンディング処理の実行までのリードタイムを短縮できるボンディング装置等を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様におけるボンディング装置は、ステージに載置された基板のボンディングポイントへボンディングワイヤを供給するボンディングツールと、ステージのステージ面に平行な平面が焦点面となるようにそれぞれの光学系と撮像素子がシャインプルーフ条件を満たして配置されている第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットと、第１撮像ユニットが出力する第１画像に写り込んだ、ボンディングポイントのうち次にボンディングワイヤを供給する目標ポイントの像である第１像と、第２撮像ユニットが出力する第２画像に写り込んだ目標ポイントの像である第２像に基づいて目標ポイントの三次元座標を算出する算出部と、算出部に算出された目標ポイントの三次元座標に基づいてボンディングツールを目標ポイントに接近させる駆動制御部とを備える。

【0007】

本発明の第２の態様におけるボンディング方法は、ステージに載置された基板のボンディングポイントのうち次にボンディングワイヤを供給する目標ポイントを、ステージのステージ面に平行な平面が焦点面となるようにそれぞれの光学系と撮像素子がシャインプルーフ条件を満たして配置されている第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットのそれぞれに撮像させる撮像ステップと、第１撮像ユニットが出力する第１画像に写り込んだ、目標ポイントの像である第１像と、第２撮像ユニットが出力する第２画像に写り込んだ目標ポイントの像である第２像に基づいて目標ポイントの三次元座標を算出する算出ステップと、目標ポイントの三次元座標に基づいて、ボンディングワイヤを供給するボンディングツールを目標ポイントに接近させる駆動ステップとを有する。

【0008】

本発明の第３の態様におけるボンディングプログラムは、ステージに載置された基板のボンディングポイントのうち次にボンディングワイヤを供給する目標ポイントを、ステージのステージ面に平行な平面が焦点面となるようにそれぞれの光学系と撮像素子がシャインプルーフ条件を満たして配置されている第１撮像ユニットおよび第２撮像ユニットのそれぞれに撮像させる撮像ステップと、第１撮像ユニットが出力する第１画像に写り込んだ、目標ポイントの像である第１像と、第２撮像ユニットが出力する第２画像に写り込んだ目標ポイントの像である第２像に基づいて目標ポイントの三次元座標を算出する算出ステップと、目標ポイントの三次元座標に基づいて、ボンディングワイヤを供給するボンディングツールを目標ポイントに接近させる駆動ステップとをコンピュータに実行させる。

【発明の効果】

【0009】

本発明により、ヘッド部に対する作業領域の精確な三次元座標計測を実現すると共に、作業領域の三次元座標計測からボンディング処理の実行までのリードタイムを短縮できるボンディング装置等を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施形態に係るワイヤボンダの要部を模式的に示す斜視図である。

【図2】ワイヤボンダのシステム構成図である。

【図3】シャインプルーフ光学系を説明するための説明図である。

【図4】三次元座標の算出原理を説明するための説明図である。

【図5】ボンディングポイントの三次元座標計測を説明するための説明図である。

【図6】ボンディング工程の適否評価を説明するための説明図である。

【図7】演算処理部の処理手順を説明するフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。

【0012】

図１は、本実施形態に係るワイヤボンダ１００の要部を模式的に示す斜視図である。ワイヤボンダ１００は、半導体チップ３２０のパッド電極３２１と基板３３０のリード電極３２２をボンディングワイヤであるワイヤ３１０により結線するボンディング装置である。パッド電極３２１とリード電極３２２は、三次元座標を計測してワイヤ３１０を供給する対象であり、以降の説明においてはボンディングポイントなどと呼ぶ場合がある。

【0013】

ワイヤボンダ１００は、主に、ヘッド部１１０、ボンディングツール１２０、第１撮像ユニット１３０、第２撮像ユニット１４０を備える。ヘッド部１１０は、ボンディングツール１２０、第１撮像ユニット１３０、第２撮像ユニット１４０を支持し、ヘッド駆動モータ１５０によって平面方向へ移動可能である。平面方向は、図示するように、Ｘ軸方向とＹ軸方向で定められる水平方向であり、架台２１０に載置されたステージ２２０の移動方向でもある。ステージ２２０上には基板３３０が載置され固定される。

【0014】

ボンディングツール１２０は、例えば金線であるワイヤ３１０を供給する機能を担い、ワイヤクランパ、トランスデューサ、キャピラリを包含する。なお、以下の本実施形態ではキャピラリを用いたボールボンディングを前提として説明するが、ウェッジツールを用いたウェッジボンディングを採用しても構わない。パッド電極３２１へのファーストボンド時には図示するように先端部からワイヤ３１０が延出され、ボールボンディングを採用する本実施形態の場合は、不図示のトーチ電極によりワイヤ３１０の先端部にＦＡＢ（Free Air Ball）が形成される。ボンディングツール１２０は、ツール駆動モータ１６０によって、ヘッド部１１０に対して高さ方向へ移動可能である。高さ方向は、図示するように、平面方向に直交するＺ軸方向である。

【0015】

第１撮像ユニット１３０は、ボンディングツール１２０の下方に位置するボンディングポイントを撮像するための撮像ユニットであり、第１光学系１３１と第１撮像素子１３２を備える。具体的には後述するが、第１撮像ユニット１３０は、光軸をボンディングツール１２０の下方に向けてヘッド部１１０に斜設されている。第１光学系１３１と第１撮像素子１３２は、ステージ２２０のステージ面に平行な平面が焦点面となるようにシャインプルーフ条件を満たして配置されている。

【0016】

第２撮像ユニット１４０は、ボンディングツール１２０の下方に位置するボンディングポイントを撮像するための撮像ユニットであり、第２光学系１４１と第２撮像素子１４２を備える。具体的には後述するが、第２撮像ユニット１４０は、ボンディングツール１２０に対して第１撮像ユニット１３０とは反対側に、光軸をボンディングツール１２０の下方に向けてヘッド部１１０に斜設されている。第２光学系１４１と第２撮像素子１４２は、ステージ２２０のステージ面に平行な平面が焦点面となるようにシャインプルーフ条件を満たして配置されている。

【0017】

ＸＹＺ座標系は、ヘッド部１１０の基準位置を原点とする空間座標系である。ワイヤボンダ１００は、ボンディングポイントを第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０によって撮像し、それらの像からボンディングポイントの三次元座標を算出する。具体的には、ファーストボンディングポイントであるパッド電極３２１の三次元座標（Ｘ_RTA，Ｙ_RTA，Ｚ_RTA）と、セカンドボンディングポイントであるリード電極３２２の三次元座標（Ｘ_RTB，Ｙ_RTB，Ｚ_RTB）を算出する。ワイヤボンダ１００は、パッド電極３２１の三次元座標（Ｘ_RTA，Ｙ_RTA，Ｚ_RTA）、リード電極３２２の三次元座標（Ｘ_RTB，Ｙ_RTB，Ｚ_RTB）を接近目標としてヘッド部１１０およびボンディングツール１２０を駆動する。なお、平面方向の位置調整については、ステージ２２０を駆動してもよく、また、ヘッド部１１０とステージ２２０を協調して共に駆動してもよい。

【0018】

図２は、ワイヤボンダ１００のシステム構成図である。ワイヤボンダ１００の制御システムは、主に、演算処理部１７０、記憶部１８０、入出力デバイス１９０、第１撮像ユニット１３０、第２撮像ユニット１４０、ヘッド駆動モータ１５０、ツール駆動モータ１６０によって構成される。演算処理部１７０は、ワイヤボンダ１００の制御とプログラムの実行処理を行うプロセッサ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）である。プロセッサは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の演算処理チップと連携する構成であってもよい。演算処理部１７０は、記憶部１８０に記憶されたボンディングプログラムを読み出して、ボンディングに関する様々な処理を実行する。

【0019】

記憶部１８０は、不揮発性の記憶媒体であり、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）によって構成されている。記憶部１８０は、ワイヤボンダ１００の制御や処理を実行するプログラムの他にも、制御や演算に用いられる様々なパラメータ値、関数、ルックアップテーブル等を記憶し得る。記憶部１８０は、特に、変換テーブル１８１を記憶している。変換テーブル１８１は、具体的には後述するが、第１像と第２像の座標値を入力すると、ボンディングポイントの三次元座標へ変換するルックアップテーブルである。ここで、第１像は、第１撮像ユニット１３０が出力する第１画像に写り込んだボンディングポイントの像であり、第２指標像は、第２撮像ユニット１４０が出力する第２画像に写り込んだボンディングポイントの像である。

【0020】

入出力デバイス１９０は、例えばキーボード、マウス、表示モニタを含み、ユーザによるメニュー操作を受け付けたり、ユーザへ情報を提示したりするデバイスである。例えば、演算処理部１７０は、入出力デバイス１９０の一つである表示モニタへ、第１画像と第２画像を並べて表示してもよい。

【0021】

第１撮像ユニット１３０は、演算処理部１７０から撮像要求信号を受けて撮像を実行し、第１撮像素子１３２が出力した第１画像を画像信号として演算処理部１７０へ送信する。同様に、第２撮像ユニット１４０は、演算処理部１７０から撮像要求信号を受けて撮像を実行し、第２撮像素子１４２が出力した第２画像を画像信号として演算処理部１７０へ送信する。

【0022】

ヘッド駆動モータ１５０は、演算処理部１７０から駆動信号を受けてヘッド部１１０をＸＹ方向へ移動させる。ツール駆動モータ１６０は、演算処理部１７０から駆動信号を受けてボンディングツール１２０をＺ方向へ移動させる。

【0023】

演算処理部１７０は、位置制御プログラムが指示する処理に応じて様々な演算を実行する機能演算部としての役割も担う。演算処理部１７０は、画像取得部１７１、算出部１７２、駆動制御部１７３、評価部１７４として機能し得る。画像取得部１７１は、第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０へ撮像要求信号を送信し、第１画像の画像信号および第２画像の画像信号を取得する。

【0024】

算出部１７２は、第１画像に写り込んだボンディングポイントの像である第１像と第２画像に写り込んだボンディングポイントの像である第２像に基づいてボンディングポイントの三次元座標を算出する。具体的には、変換テーブル１８１を用いて三次元座標を得る。駆動制御部１７３は、ヘッド駆動モータ１５０を駆動する駆動信号、およびツール駆動モータ１６０を駆動する駆動信号を生成し、それぞれのモータへ送信する。例えば、算出部１７２がパッド電極３２１の三次元座標（Ｘ_RTA，Ｙ_RTA，Ｚ_RTA）を算出すると、ボンディングツール１２０を（Ｘ_RTA，Ｙ_RTA，Ｚ_RTA）へ接近させる駆動信号を生成し、ツール駆動モータ１６０へ送信する。なお、ステージ２２０を水平方向へ移動させる場合には、ステージ２２０を移動させるステージ駆動モータへ駆動信号を送信する。評価部１７４は、第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０の少なくともいずれかが出力する画像に基づいてボンディング工程の適否を評価する。

【0025】

図３は、第１撮像ユニット１３０に採用されているシャインプルーフ光学系を説明するための説明図である。第２撮像ユニット１４０にも同様のシャインプルーフ光学系が採用されているが、ここでは代表して第１撮像ユニット１３０のシャインプルーフ光学系について説明する。

【0026】

図３において、平面Ｓ₁は、ステージ２２０のステージ面に対して平行な、半導体チップ３２０のパッド電極３２１が設けられた表面を含む予定焦点面である。仮想面Ｓ₂は、物側レンズ群１３１ａと像側レンズ群１３１ｂを構成群とする第１光学系１３１の主平面を含む平面である。平面Ｓ₃は、第１撮像素子１３２の受光面を含む平面である。本実施形態においてシャインプルーフ光学系は、シャインプルーフ条件を満たして配置されている第１光学系１３１と第１撮像素子１３２を含む。シャインプルーフ条件を満たす配置とは、平面Ｓ₁、仮想面Ｓ₂、平面Ｓ₃が共通の直線Ｐ上で互いに交差する配置である。

【0027】

なお、図３は、シャインプルーフ条件をわかりやすく説明するために、物側レンズ群１３１ａと半導体チップ３２０を接近させて示しているが、実際には図１に示すように互いに離間している。ボンディングツール１２０は、半導体チップ３２０の上部空間において、第１撮像ユニット１３０と干渉することなくＺ軸方向へ移動することができる。

【0028】

絞り１３３は、物側レンズ群１３１ａと像側レンズ群１３１ｂの間に配置され、通過する光束を制限する。絞り１３３の径により、被写界深度Ｄ_Pを調整することができる。したがって、第１撮像ユニット１３０は、半導体チップ３２０上のパッド電極３２１と共に、基板３３０上のリード電極３２２も、第１撮像ユニット１３０の視野に収まっている限り、合焦状態で一画像に撮像することができる。また、電極に限らず、例えばボンディングツール１２０から延出するワイヤ３１０の先端部が被写界深度Ｄ_P内まで接近すると、第１撮像ユニット１３０は、ワイヤ３１０の先端部とパッド電極３２１を共に合焦状態で撮像することができる。

【0029】

第２撮像ユニット１４０は、第１撮像ユニット１３０と同様の構成を備え、ボンディングツール１２０の中心軸を含むＹＺ平面に対して対称にヘッド部１１０に配設されている。したがって、第２撮像ユニット１４０も第１撮像ユニット１３０と同様に、パッド電極３２１とリード電極３２２を、第２撮像ユニット１４０の視野に収まっている限り、合焦状態で一画像に撮像することができる。

【0030】

本実施形態においては、物側レンズ群１３１ａおよび像側レンズ群１３１ｂにより両側テレセントリックを実現している。これにより観察対象を撮像素子上に一定の倍率で結像させることができるので、三次元座標の算出には都合が良い。特にシャインプルーフ光学系においては、直線Ｐ側に存在する観察対象も直線Ｐから遠い側に存在する観察対象も結像面では同倍率となる物側テレセントリックであることが望ましい。

【0031】

図４は、ボンディングポイントの三次元座標の算出原理を説明するための説明図である。特に、変換テーブル１８１を生成する手順を説明する図である。変換テーブル１８１は、基板３３０に半導体チップ３２０を重ねた厚さを有するチャート４００をボンディングツール１２０直下のステージ２２０上に載置し、これを撮像した第１撮像ユニット１３０の第１画像と第２撮像ユニット１４０の第２画像を用いて生成される。

【0032】

チャート４００の表面には、複数のドット４１０が設定された間隔でマトリックス状に印刷されている。このようなチャート４００を、ヘッド部１１０の高さをＺ＝ｈ₁、ｈ₂、ｈ₃…に調整し、それぞれの高さで撮像を実行して第１画像と第２画像のペアを得る。

【0033】

第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０はシャインプルーフ光学系を採用するので、得られるチャート像４００’は、全面が合焦状態でありながら、それぞれが互いに逆向きの台形に歪んでいる。画像座標系として横軸をｘ軸、縦軸をｙ軸とすると、第１画像と第２画像で互いに対応するドット像４１０’の座標は、（ｘ_1k，ｙ_1k）、（ｘ_2k，ｙ_2k）のように算出される。

【0034】

チャート４００のそれぞれのドット４１０についてステージ２２０上での座標（Ｘ_k，Ｙ_k）は既知であり、高さｈ_k＝Ｚ_Kは撮像時に調整されるので、各ドット４１０の三次元座標（Ｘ_k，Ｙ_k，Ｚ_K）は、撮影時には確定される。そして、高さｈ_kで撮像された第１画像と第２画像の各ドット像４１０’の座標（ｘ_1k，ｙ_1k）、（ｘ_2k，ｙ_2k）が算出されるので、それぞれのドット４１０とその像であるドット像４１０’の間で座標の対応関係を取得することができる。すなわち、撮像を実行した高さごとに、離散的に、三次元座標（Ｘ_k，Ｙ_k，Ｚ_K）と二次元座標（ｘ_1k，ｙ_1k）、（ｘ_2k，ｙ_2k）の対応関係を取得することができる。このような対応関係を変換テーブル１８１に記述する。

【0035】

このように記述され、生成された変換テーブル１８１は、三次元座標（Ｘ_k，Ｙ_k，Ｚ_K）と二次元座標（ｘ_1k，ｙ_1k）、（ｘ_2k，ｙ_2k）の対応関係を示すデータの集合体であり、ルックアップテーブルとして利用し得る。つまり、変換テーブル１８１を参照すれば、第１像の座標値（ｘ_1R，ｙ_1R）と第２像の座標値（ｘ_2R，ｙ_2R）をボンディングポイントの三次元座標（Ｘ_R，Ｙ_R，Ｚ_R）へ変換することができる。なお、算出された（ｘ_1R，ｙ_1R）と（ｘ_2R，ｙ_2R）の組み合わせが変換テーブル１８１に存在しない場合には、変換テーブル１８１に存在する周辺座標で補間処理を行えばよい。

【0036】

また、ルックアップテーブル形式の変換テーブル１８１に限らず、他の手法を用いて第１像の座標値（ｘ_1R，ｙ_1R）と第２像の座標値（ｘ_2R，ｙ_2R）をボンディングポイントの三次元座標（Ｘ_R，Ｙ_R，Ｚ_R）へ変換してもよい。例えば、チャート４００を用いて事前に得られた三次元座標（Ｘ_k，Ｙ_k，Ｚ_K）と二次元座標（ｘ_1k，ｙ_1k）、（ｘ_2k，ｙ_2k）の対応関係から多項式近時関数を求めておき、これにより（ｘ_1R，ｙ_1R）と（ｘ_2R，ｙ_2R）から（Ｘ_R，Ｙ_R，Ｚ_R）へ変換してもよい。このように、実測データに基づいて生成されるルックアップテーブルや多項式近時関数等を用いる場合には、実測データにレンズの収差や撮像ユニットの取付け誤差などの構成要素に起因する誤差要因が吸収されるので、より精度の高い三次元座標の算出を期待できる。

【0037】

一方で、実測データによらず、シャインプルーフの幾何条件や、２つの撮像素子間で規定される基線長等を用いて、算術的に変換式を求めてもよい。例えば、光学系や撮像素子の傾き角等の物理量をパラメータとする、台形像を矩形像へ変換する変換行列を定めておき、第１画像と第２画像に対してこの変換行列により台形補正を行う。そして、台形補正を行った２つの画像をステレオ画像として、互いの像の位置ずれ量から観察対象の三次元座標を算出する。このような手法によれば、チャート等を用いた事前の実測データの取得が省ける点において都合が良い。

【0038】

次に、ボンディング工程中におけるボンディングポイントの三次元座標の計測について説明する。図５は、ボンディングポイントの三次元座標計測を説明するための説明図である。具体的には、これから特定のパッド電極３２１にファーストボンディングを行う状況において、第１撮像ユニット１３０と第２撮像ユニット１４０から取得した第１画像と第２画像の例を模式的に示す図である。

【0039】

第１画像および第２画像には、パッド電極３２１の像であるパッド電極像３２１’とリード電極３２２の像であるリード電極像３２２’がそれぞれ複数写り込んでいる。これからファーストボンディングを行うパッド電極３２１は、ワイヤ３１０を供給すべくボンディングツール１２０を接近させる目標ポイントであり、その像であるパッド電極像３２１’を×印で示している。算出部１７２は、例えば当該パッド電極像３２１’の２つの対角線の交点を算出すべき座標値として、第１画像から（ｘ_1TA，ｙ_1TA）を、第２画像から（ｘ_2TA，ｙ_2TA）を算出する。算出部１７２は、これらの座標値のペアを変換テーブル１８１へ入力して、目標ポイントの三次元座標（Ｘ_RTA，Ｙ_RTA，Ｚ_RTA）を算出する。

【0040】

ファーストボンディングに続いてセカンドボンディングを行うリード電極３２２は、ボンディングツール１２０が目標ポイントからループを描いてワイヤ３１０を供給する後続ポイントであり、その像であるリード電極像３２２’を＋印で示している。算出部１７２は、例えば当該リード電極像３２２’の２つの対角線の交点を算出すべき座標値として、第１画像から（ｘ_1TB，ｙ_1TB）を、第２画像から（ｘ_2TB，ｙ_2TB）を算出する。算出部１７２は、これらの座標値のペアを変換テーブル１８１へ入力して、後続ポイントの三次元座標（Ｘ_RTB，Ｙ_RTB，Ｚ_RTB）を算出する。

【0041】

ボンディング処理工程において、これから一つのループで結線するパッド電極３２１とリード電極３２２のそれぞれの三次元座標を、一組の第１画像と第２画像から纏めて算出すれば、精確な三次元座標の算出に加えて処理時間の短縮にも寄与する。また、ファーストボンディングとセカンドボンディングの間にボンディングツール１２０を撮像のために一旦停止する必要もないので、ボンディングツール１２０の円滑な移動も実現することができる。なお、本実施形態においては、これから一つのループで結線する一組のパッド電極３２１とリード電極３２２のそれぞれの三次元座標を纏めて算出する手法を採用するが、それぞれに撮像工程を実行して別個に算出してもよい。また、一度の撮像工程で得られた第１画像と第２画像に写り込むパッド電極像３２１’とリード電極像３２２’のすべてを対象として、それぞれのパッド電極３２１とリード電極３２２の三次元座標を予め纏めて算出してもよい。

【0042】

第１撮像ユニット１３０と第２撮像ユニット１４０から取得される第１画像と第２画像は、三次元座標の算出に利用する場合に限らず、例えば、ボンディング工程の適否を評価する場合にも利用し得る。図６は、ボンディング工程の適否評価を説明するための説明図である。具体的には、ファーストボンディングの対象であるパッド電極３２１へ向けてボンディングツール１２０を高速に降下させ、ＦＡＢがパッド電極３２１に接触する直前に低速降下に切り替えられたタイミングで撮像された第１画像と第２画像の例を模式的に示す図である。

【0043】

上述のように、第１撮像ユニット１３０の第１光学系１３１と第２撮像ユニット１４０の第２光学系１４１のそれぞれは一定の被写界深度を有する。したがって、パッド電極３２１に接近するＦＡＢの像であるＦＡＢ像３１１’や、すでに結線を終えたワイヤ３１０の接合端の像であるパッド接合端像３１２’、リード接合端像３１３’を合焦状態で一画像に撮像することができる。

【0044】

そこで、評価部１７４は、このような画像を用いてボンディング工程の適否を評価する。具体的には、一つ目の適否評価として、ファーストボンディングポイントであるパッド電極３２１へ接触する前の、ワイヤ３１０の先端部に生成されたＦＡＢの像であるＦＡＢ像３１１’を評価する。例えば、ＦＡＢ像３１１’の輪郭を抽出することにより、ワイヤ３１０幅に対するＦＡＢ径が規定の割合に収まっているかについて評価する。また、ＦＡＢ像３１１’を二値化することにより、表面に不純物が付着していないかについて評価する。

【0045】

評価部１７４は、評価項目に応じて第１画像と第２画像のいずれかを用いるか、両方を用いるかを決定する。例えば、表面に不純物が付着していないかについて評価する場合には、第１画像のＦＡＢ像３１１’と第２画像のＦＡＢ像３１１’は、互いに反対方向から観察される表面の像であるので両画像を用いてそれぞれで評価を行う。評価部１７４が観察されたＦＡＢを良好と評価した場合には、駆動制御部１７３は、ファーストボンディングをそのまま実行する。一方、評価部１７４が観察されたＦＡＢを不良と評価した場合には、駆動制御部１７３は、ファーストボンディングをキャンセルし、ボンディングツール１２０を退避させて一連のボンディング工程を一時停止する。

【0046】

二つ目の適否評価として、ワイヤ３１０を固着させた後のボンディングポイントの像である固着像を評価する。具体的には、パッド接合端像３１２’とリード接合端像３１３’を評価する。例えば、パッド接合端像３１２’とパッド電極像３２１’のそれぞれの輪郭を抽出することにより、パッド接合端がパッド電極３２１からはみ出ていないか、さらには中心位置から偏位していないかについて評価する。同様に、リード接合端像３１３’とリード電極像３２２’のそれぞれの輪郭を抽出することにより、リード接合端がリード電極３２２からはみ出ていないか、さらには中心位置から偏位していないかについて評価する。評価部１７４がそれぞれの接合端を良好と評価した場合には、駆動制御部１７３は、ボンディング工程をそのまま実行する。一方、評価部１７４が少なくともいずれかの接合端を不良と評価した場合には、駆動制御部１７３は、ボンディングツール１２０を退避させて一連のボンディング工程を一時停止する。

【0047】

ここでは、２つの適否評価について説明したが、評価部１７４は、これらの画像を用いて他の適否評価を行ってもよい。画像取得部１７１は、評価部１７４が行う適否評価の項目に応じたタイミングで第１撮像ユニット１３０と第２撮像ユニット１４０へ撮像信号を送信し、第１画像と第２画像を取得する。

【0048】

次に、ワイヤボンダ１００による一連のボンディング処理について説明する。図７は、演算処理部１７０の処理手順を説明するフロー図である。ここでは、一組のパッド電極３２１とリード電極３２２を結線する処理手順に限って説明し、また、図６を用いて説明した適否評価については省略する。

【0049】

駆動制御部１７３は、ステップＳ１０１で、ヘッド部１１０を基準位置へ移動させる駆動信号をヘッド駆動モータ１５０へ送信する。ヘッド駆動モータ１５０は、駆動信号を受けて、ヘッド部１１０を基準位置へ移動させる。ここで、基準位置は、ファーストボンディングポイントである電極３２１の直上近傍にボンディングツール１２０が位置すると想定される位置である。ヘッド部１１０が基準位置に位置すれば、第１撮像ユニット１３０および第２撮像ユニット１４０は、当該電極３２１と共にセカンドボンディングポイントであるリード電極３２２を合焦状態で一画像に撮像することができる。

【0050】

ヘッド部１１０が基準位置に到達したら、画像取得部１７１は、ステップＳ１０２で、第１撮像ユニット１３０と第２撮像ユニット１４０へ撮像要求信号を送信し、第１画像データと第２画像データを取得する。画像取得部１７１は、取得した画像データを算出部へ引き渡す。

【0051】

算出部１７２は、ステップＳ１０３で、画像取得部１７１から受け取った第１画像データの第１画像から対象となるパッド電極像３２１’を見つけ出し、ファーストボンディングポイントの座標（ｘ_1TA，ｙ_1TA）を抽出する。同様に、画像取得部１７１から受け取った第２画像データの第２画像から対象となるパッド電極像３２１’を見つけ出し、ファーストボンディングポイントの座標（ｘ_2TA，ｙ_2TA）を抽出する。続くステップＳ１０４で、算出部１７２は、当該第１画像から対象となるリード電極像３２２’を見つけ出し、セカンドボンディングポイントの座標（ｘ_1TB，ｙ_1TB）を抽出する。同様に、当該第２画像から対象となるリード電極像３２２’を見つけ出し、セカンドボンディングポイントの座標（ｘ_2TB，ｙ_2TB）を抽出する。

【0052】

算出部１７２は、ステップＳ１０５へ進み、変換テーブル１８１を参照して（ｘ_1TA，ｙ_1TA）と（ｘ_2TA，ｙ_2TA）のペアに対応する三次元座標（Ｘ_RTA，Ｙ_RTA，Ｚ_RTA）を目標ポイント（ファーストボンディングポイント）の三次元座標として得る。続くステップＳ１０６で、算出部１７２は、同様に変換テーブル１８１を参照して（ｘ_1TB，ｙ_1TB）と（ｘ_2TB，ｙ_2TB）のペアに対応する三次元座標（Ｘ_RTB，Ｙ_RTB，Ｚ_RTB）を後続ポイントの三次元座標として得る。なお、ステップＳ１０３の処理に続いてステップＳ１０５の処理を行い、ステップＳ１０４の処理に続いてステップＳ１０６の処理を行ってもよい。

【0053】

駆動制御部１７３は、ステップＳ１０７で、目標ポイントの三次元座標（Ｘ_RTA，Ｙ_RTA，Ｚ_RTA）を接近目標として定め、水平位置の誤差を調整すべく、ヘッド駆動モータ１５０へ駆動信号を送信する。これにより、ボンディングツール１２０の中心は、水平面において（Ｘ_RTA，Ｙ_RTA）へ配置される。次に、駆動制御部１７３は、ステップＳ１０８で、算出されたＺ＝Ｚ_RTAに基づきボンディングツール１２０をＦＡＢがパッド電極３２１と接触するまでボンディングツール１２０を目標ポイントへ接近させる。ここで、算出されたＺ_RTAから、ボンディングツール１２０の降下量は精確に把握されているので、駆動制御部１７３は、ＦＡＢがパッド電極３２１と接触する直前まで高速でボンディングツール１２０を降下させてもよい。

【0054】

ＦＡＢがパッド電極３２１と接触する位置までボンディングツール１２０が降下されたら、ステップＳ１０９へ進み、演算処理部１７０は、ボンディング処理を実行する。具体的には、クランパを緩めてキャピラリの先端部をＦＡＢに押し付けて加熱、加振する。

【0055】

ファーストボンディングの処理が完了したらステップＳ１１０へ進み、駆動制御部１７３は、キャピラリから吐出されるワイヤ３１０がループを描くようにボンディングツール１２０を変位させ、キャピラリの先端のワイヤ３１０がリード電極３２２と接触するまでボンディングツール１２０を後続ポイント（セカンドボンディングポイント）へ接近させる。このとき、駆動制御部１７３は、高さ方向の位置調整のためにボンディングツール１２０を上下させると共に、水平方向の位置調整のためにヘッド部１１０またはステージ２２０の少なくともいずれかを水平移動させる。

【0056】

キャピラリの先端のワイヤ３１０がリード電極３２２と接触したら、ステップＳ１１１へ進み、演算処理部１７０は、ボンディング処理を実行する。具体的には、キャピラリの先端部をワイヤ３１０に押し付けて加熱、加振する。ボンディング処理が完了したら、ステップＳ１１２へ進み、演算処理部１７０はクランパをクランプ状態にし、駆動制御部１７３はボンディングツール１２０を上昇へ退避させる。これにより、ワイヤ３１０はリード接合端で切断され、一本の結線処理が終了する。

【0057】

以上、ボンディング装置の一例としてワイヤボンダ１００を説明したが、本実施形態に係る三次元座標の算出手法や構成を適用し得るボンディング装置は、２つのボンディングポイントをワイヤで接続するワイヤボンダ１００の例に限らない。例えば、基板上の複数の電極上のそれぞれにバンプを形成するバンプボンダにも適用し得る。バンプボンダの場合は、それぞれの電極をボンディングポイントとして三次元座標を算出し、当該三次元座標に基づいてバンプを形成するためのボンディングツールを駆動制御すればよい。また、一度の撮像工程で得られた両画像に写り込む複数の電極に対し、これからバンプを形成する電極を目標ポイント、次にバンプを形成する電極を後続ポイントとして、纏めて三次元座標の算出を行ってもよい。

【符号の説明】

【0058】

１００…ワイヤボンダ、１１０…ヘッド部、１２０…ボンディングツール、１３０…第１撮像ユニット、１３１…第１光学系、１３１ａ…物側レンズ群、１３１ｂ…像側レンズ群、１３２…第１撮像素子、１３３…絞り、１４０…第２撮像ユニット、１４１…第２光学系、１４２…第２撮像素子、１５０…ヘッド駆動モータ、１６０…ツール駆動モータ、１７０…演算処理部、１７１…画像取得部、１７２…算出部、１７３…駆動制御部、１８０…記憶部、１８１…変換テーブル、１９０…入出力デバイス、２１０…架台、２２０…ステージ、３１０…ワイヤ、３１１’…ＦＡＢ像、３１２’…パッド接合端像、３１３’…リード接合端像、３２０…半導体チップ、３２１…パッド電極、３２１’…パッド電極像、３２２…リード電極、３２２’…リード電極像、３３０…基板、４００…チャート、４００’…チャート像、４１０…ドット、４１０’…ドット像

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】