(57)【要約】【課題】簡便な方法でボンディング装置の部品または被写体の高さ検出を行う。【解決手段】光学系２０と、光学系２０が結像させた像を画像１４として取得する撮像素子７０と、光学系２０の光路４１〜４３を通して電子部品１３を照明する照明ユニット３０と、撮像素子７０の取得した画像の処理を行う制御部８０と、を有するボンディング装置１００であって、制御部８０は、光学系２０の電子部品１３に向かう第１部分の光軸２４に対して傾斜した第１傾斜光路を通して電子部品１３を照明して電子部品１３の第１画像を取得し、第１部分の光軸２４に対して第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路を通して電子部品１３を照明して電子部品１３被写体の第２画像を取得し、第１画像と第２画像との位置ずれ量に基づいて電子部品１３の基準高さからの変化量を算出する。【選択図】図１
2018084504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディング装置であって、
被写体の像を結像させる光学系と、
前記光学系が結像させた像を画像として取得する撮像素子と、
複数の光源を含み、前記光学系の光路を通して前記被写体を照明する照明ユニットと、
前記撮像素子の取得した前記画像の処理を行う制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記光学系の前記被写体に向かう第１光路を通して前記被写体を照明して前記撮像素子によって前記被写体の第１画像を取得し、
前記第１光路に対して傾斜した第２光路を通して前記被写体を照明して前記撮像素子によって前記被写体の第２画像を取得し、
前記第１画像と前記第２画像との位置ずれ量に基づいて前記被写体の基準高さからの変化量を算出すること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のボンディング装置であって、
前記照明ユニットは、複数の光源を含む光源アレイであり、
前記制御部は、
前記光源アレイの内、第１位置に配置された第１光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、前記第１光路を通して前記被写体を照明して前記撮像素子によって前記第１画像を取得し、
前記第１位置と異なる第２位置に配置された第２光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、前記第２光路を通して前記被写体を照明して前記撮像素子によって前記第２画像を取得すること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項３】
請求項１に記載のボンディング装置であって、
前記第１光路は、前記光学系の前記被写体に向かう第１部分の光軸に対して傾斜した第１傾斜光路であり、
前記第２光路は、前記第１部分の光軸に対して前記第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路であり、
前記照明ユニットは、複数の光源を含む光源アレイであり、
前記制御部は、
前記光源アレイの内、前記第１部分の光軸から偏心した第１位置に配置された第１光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、前記第１傾斜光路を通して前記被写体を照明して前記撮像素子によって前記第１画像を取得し、
前記第１部分の光軸に対して前記第１位置と反対側の第２位置に配置された第２光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、前記第２傾斜光路を通して前記被写体を照明して前記撮像素子によって前記第２画像を取得すること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項４】
請求項１に記載のボンディング装置であって、
前記第１光路は、前記光学系の前記被写体に向かう第１部分の光軸に沿った垂直光路であり、
前記第２光路は、前記第１部分の光軸に対して傾斜した第２傾斜光路であり、
前記照明ユニットは、複数の光源を含む光源アレイであり、
前記制御部は、
前記光源アレイの内、前記第１部分の光軸と同軸に配置された第１光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、前記垂直光路を通して前記被写体を照明して前記撮像素子によって前記第１画像を取得し、
前記第１部分の光軸から離間した第２位置に配置された第２光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、前記第２傾斜光路を通して前記被写体を照明して前記撮像素子によって前記第２画像を取得すること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項５】
請求項１に記載のボンディング装置であって、
前記第１光路は、前記光学系の前記被写体に向かう第１部分の光軸に対して傾斜した第１傾斜光路であり、
前記第２光路は、前記第１部分の光軸に対して前記第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路であり、
前記照明ユニットは、複数の光源を含む光源アレイであり、
前記光源アレイからの光を透過する孔が中心から偏心して設けられ、前記中心が前記光学系の前記第１部分の光軸と同軸で、前記第１部分の光軸の周りに回転可能な遮蔽板を含み、
前記制御部は、前記照明ユニットを点灯させ、前記第１画像を取得する際には、前記孔を前記第１部分の光軸から偏心した第１位置とし、前記第２画像を取得する際には、前記孔を前記第１部分の光軸に対して前記第１位置と反対側の第２位置とすること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項６】
請求項１に記載のボンディング装置であって、
前記第１光路は、前記光学系の前記被写体に向かう第１部分の光軸に対して傾斜した第１傾斜光路であり、
前記第２光路は、前記第１部分の光軸に対して前記第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路であり、
前記光学系は、レンズと、前記レンズと前記撮像素子との間に配置された絞りと、を含み、
前記絞りは、前記光学系の前記絞りを通る第２部分の光軸から偏心した位置に前記第１傾斜光路または前記第２傾斜光路を通して前記被写体を照明した反射光を通す開口を有すること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項７】
請求項６に記載のボンディング装置であって、
前記絞りは前記第２部分の光軸の周りに回転可能であり、
前記制御部は、
前記撮像素子によって前記第１画像を取得する際には、前記開口の位置を前記第１傾斜光路を通して前記被写体を照明した反射光を通す位置とし、
前記撮像素子によって前記第２画像を取得する際には、前記開口の位置を前記第２傾斜光路を通して前記被写体を照明した反射光を通す位置とすること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のボンディング装置であって、前記光学系は、テレセントリック光学系であるボンディング装置。
【請求項９】
被写体の基準高さからの変化量を算出する方法であって、
前記被写体の像を結像させる光学系と、前記光学系が結像させた像を画像として取得する撮像素子と、複数の光源を含み、前記光学系の光路を通して前記被写体を照明する照明ユニットと、前記撮像素子の取得した前記画像の処理を行う制御部と、を有する撮像装置を準備し、
前記光学系の前記被写体に向かう第１光路を通して前記被写体を照明して前記撮像素子によって前記被写体の第１画像を取得し、
前記第１光路に対して傾斜した第２光路を通して前記被写体を照明して前記撮像素子によって前記被写体の第２画像を取得し、
前記第１画像と前記第２画像との位置ずれ量に基づいて前記被写体の基準高さからの変化量を算出する方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
前記第１光路は、前記光学系の前記被写体に向かう第１部分の光軸に対して傾斜した第１傾斜光路であり、
前記第２光路は、前記第１部分の光軸に対して前記第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路であり、
前記照明ユニットは、複数の光源を含む光源アレイであり、
前記光源アレイの内、前記第１部分の光軸から偏心した第１位置に配置された第１光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、前記第１傾斜光路を通して前記被写体を照明して前記撮像素子によって前記第１画像を取得し、
前記第１部分の光軸に対して前記第１位置と反対側の第２位置に配置された第２光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、前記第２傾斜光路を通して前記被写体を照明して前記撮像素子によって前記第２画像を取得する方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法であって、
前記第１光路は、前記光学系の前記被写体に向かう第１部分の光軸に対して傾斜した第１傾斜光路であり、
前記第２光路は、前記第１部分の光軸に対して前記第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路であり、
前記光学系は、レンズと、前記レンズと前記撮像素子との間に配置された絞りと、を含み、
前記絞りは、前記光学系の前記絞りを通る第２部分の光軸から偏心した位置に前記第１傾斜光路または前記第２傾斜光路を通して前記被写体を照明した反射光を通す開口を有し、前記第２部分の光軸の周りに回転可能であり、
前記撮像素子によって前記第１画像を取得する際には、前記開口の位置を前記第１傾斜光路を通して前記被写体を照明した反射光を通す位置とし、
前記撮像素子によって前記第２画像を取得する際には、前記開口の位置を前記第２傾斜光路を通して前記被写体を照明した反射光を通す位置とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置によって被写体の高さの検出を行うボンディング装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップ（ダイ）を配線基板やリードフレームに実装する装置として、ダイボンディング装置やフリップチップボンディング装置が用いられている。
【０００３】
基板あるいはリードフレームには厚さのバラツキがあるので、このような装置では、例えば、基準点から基板面までの距離を超音波やレーザを用いた非接触の距離センサで測定し、その測定結果から基板あるいはリードフレームの高さを検出する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、ダイボンディング装置において、斜め方向から基板面に投影した検出パターンの画像と、斜め方向から基板上に塗布したペーストの表面に投影した検出パターンの画像との位置ずれにより基板面からのペーストの高さを検出する方法も用いられている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３０５２１４号公報
【特許文献２】特開２０１２−３８９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、基板等の高さを検出するために、距離センサや検出パターン投影機のような基板や基板にボンディングされた半導体チップ等（ボンディング対象物）の高さ検出を行う専用の機器をボンディング装置に搭載すると、ボンディング装置が複雑になってしまうという問題がある。
【０００７】
また、近年、チップを何段にも重ね合わせる積層チップが増えてきている。ワイヤボンディング装置、ダイボンディング装置において、現在ボンディングを行っている段数が何段なのかを測定したいという要求が増えている。また、フリップチップボンディング装置においては、下段のチップの傾斜角（平坦度）を検出したいという要求がある。更に、ツール交換式のボンディング装置、例えば、ダイボンディング装置、フリップチップボンディング装置等においては、交換したツールの傾斜、あるいは平坦度を検出したいという要求がある。このように、近年、ボンディング装置において、装置内で様々な３次元測定、あるいは、高さ測定を行いたいという要求が増加して来ている。
【０００８】
そこで、本発明は、簡便な方法でボンディング装置の部品または被写体の高さ検出を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のボンディング装置は、被写体の像を結像させる光学系と、光学系が結像させた像を画像として取得する撮像素子と、複数の光源を含み、光学系の光路を通して被写体を照明する照明ユニットと、撮像素子の取得した画像の処理を行う制御部と、を有し、制御部は、光学系の被写体に向かう第１光路を通して被写体を照明して撮像素子によって被写体の第１画像を取得し、第１光路に対して傾斜した第２光路を通して被写体を照明して撮像素子によって被写体の第２画像を取得し、第１画像と第２画像との位置ずれ量に基づいて被写体の基準高さからの変化量を算出すること、を特徴とする。
【００１０】
本発明のボンディング装置において、照明ユニットは、複数の光源を含む光源アレイであり、制御部は、光源アレイの内、第１位置に配置された第１光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、第１光路を通して被写体を照明して撮像素子によって第１画像を取得し、第１位置と異なる第２位置に配置された第２光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、第２光路を通して被写体を照明して撮像素子によって第２画像を取得すること、としてもよい。
【００１１】
本発明のボンディング装置において、第１光路は、光学系の被写体に向かう第１部分の光軸に対して傾斜した第１傾斜光路であり、第２光路は、第１部分の光軸に対して第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路であり、照明ユニットは、複数の光源を含む光源アレイであり、制御部は、光源アレイの内、第１部分の光軸から偏心した第１位置に配置された第１光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、第１傾斜光路を通して被写体を照明して撮像素子によって第１画像を取得し、第１部分の光軸に対して第１位置と反対側の第２位置に配置された第２光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、第２傾斜光路を通して被写体を照明して撮像素子によって第２画像を取得すること、としてもよい。
【００１２】
本発明のボンディング装置において、第１光路は、光学系の被写体に向かう第１部分の光軸に沿った垂直光路であり、第２光路は、第１部分の光軸に対して傾斜した第２傾斜光路であり、照明ユニットは、複数の光源を含む光源アレイであり、制御部は、光源アレイの内、第１部分の光軸と同軸に配置された第１光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、垂直光路を通して被写体を照明して撮像素子によって第１画像を取得し、第１部分の光軸から離間した第２位置に配置された第２光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、第２傾斜光路を通して被写体を照明して撮像素子によって第２画像を取得すること、としてもよい。
【００１３】
本発明のボンディング装置において、第１光路は、光学系の被写体に向かう第１部分の光軸に対して傾斜した第１傾斜光路であり、第２光路は、第１部分の光軸に対して第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路であり、照明ユニットは、複数の光源を含む光源アレイであり、光源アレイからの光を透過する孔が中心から偏心して設けられ、中心が光学系の第１部分の光軸と同軸で、第１部分の光軸の周りに回転可能な遮蔽板を含み、制御部は、照明ユニットを点灯させ、第１画像を取得する際には、孔を第１部分の光軸から偏心した第１位置とし、第２画像を取得する際には、孔を第１部分の光軸に対して第１位置と反対側の第２位置とすること、としてもよい。
【００１４】
本発明のボンディング装置において、第１光路は、光学系の被写体に向かう第１部分の光軸に対して傾斜した第１傾斜光路であり、第２光路は、第１部分の光軸に対して第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路であり、光学系は、レンズと、レンズと撮像素子との間に配置された絞りと、を含み、絞りは、光学系の絞りを通る第２部分の光軸から偏心した位置に第１傾斜光路または第２傾斜光路を通して被写体を照明した反射光を通す開口を有すること、としてもよい。
【００１５】
本発明のボンディング装置において、絞りは第２部分の光軸の周りに回転可能であり、制御部は、撮像素子によって第１画像を取得する際には、開口の位置を第１傾斜光路を通して被写体を照明した反射光を通す位置とし、
撮像素子によって第２画像を取得する際には、開口の位置を第２傾斜光路を通して被写体を照明した反射光を通す位置とすること、としてもよい。
【００１６】
本発明のボンディング装置において、光学系は、テレセントリック光学系としてもよい。
【００１７】
本発明の被写体の基準高さからの変化量を算出する方法は、被写体の像を結像させる光学系と、光学系が結像させた像を画像として取得する撮像素子と、複数の光源を含み、光学系の光路を通して被写体を照明する照明ユニットと、撮像素子の取得した画像の処理を行う制御部と、を有する撮像装置を準備し、光学系の被写体に向かう第１光路を通して被写体を照明して撮像素子によって被写体の第１画像を取得し、第１光路に対して傾斜した第２光路を通して被写体を照明して撮像素子によって被写体の第２画像を取得し、第１画像と第２画像との位置ずれ量に基づいて被写体の基準高さからの変化量を算出することを特徴とする。
【００１８】
本発明の被写体の基準高さからの変化量を算出する方法において、第１光路は、光学系の被写体に向かう第１部分の光軸に対して傾斜した第１傾斜光路であり、第２光路は、第１部分の光軸に対して第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路であり、照明ユニットは、複数の光源を含む光源アレイであり、光源アレイの内、第１部分の光軸から偏心した第１位置に配置された第１光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、第１傾斜光路を通して被写体を照明して撮像素子によって第１画像を取得し、第１部分の光軸に対して第１位置と反対側の第２位置に配置された第２光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、第２傾斜光路を通して被写体を照明して撮像素子によって第２画像を取得することとしてもよい。
【００１９】
本発明の被写体の基準高さからの変化量を算出する方法において、第１光路は、光学系の被写体に向かう第１部分の光軸に対して傾斜した第１傾斜光路であり、第２光路は、第１部分の光軸に対して第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路であり、光学系は、レンズと、レンズと撮像素子との間に配置された絞りと、を含み、絞りは、光学系の絞りを通る第２部分の光軸から偏心した位置に第１傾斜光路または第２傾斜光路を通して被写体を照明した反射光を通す開口を有し、第２部分の光軸の周りに回転可能であり、撮像素子によって第１画像を取得する際には、開口の位置を第１傾斜光路を通して被写体を照明した反射光を通す位置とし、撮像素子によって第２画像を取得する際には、開口の位置を第２傾斜光路を通して被写体を照明した反射光を通す位置とすることとしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、簡便な方法でボンディング装置の部品または被写体の高さ検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態のボンディング装置の構成を示す系統図である。
【図２】本発明の実施形態のボンディング装置における光学系の説明図である。
【図３】本発明の実施形態のボンディング装置において照明ユニット中の右側のＬＥＤを点灯させて斜め右上からの照明光によって被写体を照明して被写体の画像を取得する場合の光路図である。
【図４】図３に示す光路によって被写体の画像を取得する際に、被写体の高さによって撮像面上の画像に生じるずれを示す光路図である。
【図５】撮像面上での第１画像と第２画像との位置ずれを示す説明図である。
【図６】画像の位置ずれ量Ｅと基準面からの高さｈとの関係を示すマップである。
【図７】本発明の他の実施形態のボンディング装置において、絞りの開口を斜め右上からの照明光によって被写体を照明した際の反射光を通す位置とて被写体の画像を取得する場合の光路図である。
【図８】図７に示す光路によって被写体の画像を取得する際に被写体の高さによって撮像面上の画像に生じるずれを示す光路図である。
【図９】本発明の他の実施形態のボンディング装置において遮蔽板の孔の位置を右側として画像を取得する場合の光路図である。
【図１０】図９に示す実施形態に用いられる遮蔽板の平面図である。
【図１１】ツールチェンジャーを備えるボンディング装置の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本実施形態のボンディング装置１００について説明する。図１に示すように、ボンディング装置１００は、光学系２０と、撮像素子７０と、照明ユニット３０と、制御部８０と、基板１２を真空吸着するボンディングステージ１１とを備えている。ボンディング装置１００は、図示しないボンディングヘッドに取り付けられボンディングツールに吸着した半導体チップ等の電子部品１３（ボンディング対象物）を基板１２の上にボンディングするものである。なお、各図では、電子部品１３の方向を明確に示すために、電子部品１３を矢印で示す。以下、矢の向かう方向の端を先端、矢の向か方向と反対側の端を根本部、先端と根本部との中間を中央として説明する。また、電子部品１３は被写体である。
【００２３】
光学系２０は、被写体である電子部品１３に向かう方向であるＺ軸方向の第１部分の光軸２４に配置されたレンズ２１と、照明ユニット３０とレンズ２１との間に配置されたハーフミラー２３と、ハーフミラー２３と撮像素子７０との間に配置された絞り２２で構成されている。ハーフミラー２３から絞り２２の中心を通り撮像素子７０に延びる一点鎖線は、絞り２２を通りＹ方向に向かう第２部分の光軸２５を示す。
【００２４】
レンズ２１の主平面から絞り２２までの距離はレンズ２１の焦点距離ｆであり、前側テレセントリック光学系を構成している。また、レンズ２１の主平面から後で説明する拡散板３３またはＬＥＤ３２までの距離も焦点距離ｆとなっている。従って、光学系２０は、テレセントリック光学系となっている。
【００２５】
光学系２０は、図１に矢印で示す電子部品１３の像を撮像素子７０の撮像面７１の上に結像させる。撮像素子７０は、撮像面７１の上に結像された像を電子部品１３の画像１４として取得し、制御部８０に出力する。
【００２６】
照明ユニット３０は、基体部３１と、基体部３１に取り付けられた光源である複数のＬＥＤ３２と複数のＬＥＤ３２のＺ方向下側に取り付けられた拡散板３３とで構成されている。複数のＬＥＤ３２は、平面状に広がったＬＥＤアレイ３２ａを形成している。なお、拡散板３３は設けなくてもよい。
【００２７】
制御部８０は、内部に演算や情報処理を行うＣＰＵ８１と、制御プログラムや制御データ、マップ等を格納するメモリ８２とを含むコンピュータである。照明ユニット３０の各ＬＥＤ３２は、制御部８０の指令によってオン、オフする。なお、光学系２０と照明ユニット３０と撮像素子７０と制御部８０とはボンディング装置１００の撮像装置８５を構成する。
【００２８】
以上のように構成されたボンディング装置１００の撮像装置８５によって基板１２の上にボンディングされた電子部品１３（図中では矢印で示す）の画像を取得する際の光路について説明する。なお、基板１２の上の面は、基準面であり、光学系２０の合焦面である。図１に示すように、各ＬＥＤ３２が発光すると、各ＬＥＤからの光は、広がりながらハーフミラー２３を透過し、電子部品１３に向かってレンズ２１を通過する。図１に示すように、レンズ２１を通過した照明光は、実線４１，４２，４３に示すように、収束しながら電子部品１３全体を照明する。電子部品１３の表面で反射した反射光は、実線４３、４１、４２に示すように広がりながらレンズ２１に向かって進み、ハーフミラー２３に向かってレンズ２１を通過する。ハーフミラー２３に向かってレンズ２１を通過した光は、ハーフミラー２３で反射して絞り２２の開口２２ａを通過し、実線４１ａ、４２ａ、４３ａに示すように撮像素子７０の撮像面７１に集束する。このようにして、撮像素子７０の撮像面７１の上には光学系２０の合焦面（基準面）にある電子部品１３の像が結像される。撮像素子７０は、結像した像を電子部品１３の画像１４として取得し、制御部８０に出力する。
【００２９】
図２を参照しながら、照明ユニット３０の第１部分の光軸２４の位置にあるＬＥＤ３２、つまり、照明ユニット３０の中心に配置されたＬＥＤ３２からの光がどのように進んで撮像面７１に到達するか詳しく説明する。なお、図２においてハッチングを付したＬＥＤ３２は点灯しているＬＥＤを示す。図２に示すように、ＬＥＤ３２からの光は、レンズ２１に向かって拡散しながらハーフミラー２３を通過してレンズ２１に入る。レンズ２１を出た光は、第１部分の光軸２４に平行な光路４１、４４、４５を通って被写体である電子部品１３に向かい、電子部品１３を第１部分の光軸２４に平行な光線で照明する。つまり、電子部品１３を垂直上方向からの平行光線で照明する。照明光が電子部品１３の垂直上方向から当たるので、電子部品１３の表面で反射した反射光は垂直上方向に向かい、照明光と同様の光路４１、４４、４５を通ってレンズ２１を通過してハーフミラー２３に向かい、ハーフミラー２３で反射される。そして、光路４１ａ、４４ａ、４５ａに示すようにレンズ２１の主平面から焦点距離ｆの位置にある絞り２２で収束した後、広がって撮像素子７０の撮像面７１に達し、画像１４として結像する。
【００３０】
以上説明したように、図２に示す場合には、照明光が電子部品１３の垂直上方向から当たり、電子部品１３の表面で反射した反射光は垂直上方向に向うので、光学系２０の合焦面（基準面）よりも高さｈだけ高い電子部品１３ａの場合でも、照明光、反射光はいずれも、光路４１、４４、４５及び４１ａ、４４ａ、４５ａを通って撮像面７１に達する。このため、撮像面７１に結像する電子部品１３ａの画像１４ａは電子部品１３の画像１４と同じ位置で、画像１４と画像１４ａと間に位置ずれは発生しない。
【００３１】
次に、図３を参照しながら、照明ユニット３０の右側のハッチングを付したＬＥＤ３２のみが点灯し、中央から左側の白抜きのＬＥＤ３２が点灯していない場合の電子部品１３の画像を取得する際の光路について説明する。右側部分のＬＥＤ３２は、第１部分の光軸２４から偏心した位置にある光源である。以下の説明では、右側部分のＬＥＤ３２からの光が矢印で示す電子部品１３の先端を照明する場合を例に説明する。
【００３２】
図３に示すように、右側部分のＬＥＤ３２からの光は、実線４６と実線４７で挟まれたハッチング領域で示すように、ＬＥＤ３２から第１部分の光軸２４に対して右側に傾斜した光路を進んでレンズ２１に入る。レンズ２１を通った照明光は、電子部品１３の矢印端で収束して電子部品１３の矢印端を照明する。電子部品１３の矢印端で反射した光は、実線４８と実線４９とで挟まれたハッチング領域で示すように、第１部分の光軸２４に対して左に傾斜した光路を進んでレンズ２１を通ってハーフミラー２３で反射され、第２部分の光軸２５から偏心した位置にある絞り２２の開口２２ａの下側部分を通過し、実線４８ａと実線４９ａとで挟まれたハッチング領域で示す光路を進んで撮像素子７０の撮像面７１に達する。右側部分のＬＥＤ３２から光が電子部品１３の中央、根元部を照明した場合も同様に、電子部品１３の中央、根元部は第１部分の光軸２４に対して右側に傾斜した光路を進んだ光によって照明され、反射光は、第１部分の光軸２４に対して左側に傾いた光路を進んで絞り２２の開口の下側部分を通過して撮像素子７０の撮像面７１に達する。
【００３３】
次に、図４を参照しながら、第１部分の光軸２４から右側にずれた１つのＬＥＤ３２からの光がどのように進んで撮像面７１に達するか詳しく説明する。図４における光路５１は、図３に示す実線４６と実線４７で挟まれたハッチング領域の中心の光路を示し、光路５２は、図３に示す実線４８と実線４９で挟まれたハッチング領域の中心の光路を示している。光路５３は、図３に２本の実線４６´、４７´で示した電子部品１３の中央に向かう照明光の光路の中心を示し、光路５４は図３に２本の実線４８´、４９´で示した電子部品１３の中央からの反射光の光路の中心を示す。同様に、光路５５、５６は、図３に２本の実線４６´´、４７´´で示した電子部品１３の根元部の照明光の光路の中心と、図３に２本の実線４８´´、４９´´で示した電子部品１３の根元からの反射光の光路とを示す。
【００３４】
図４に示すように、第１部分の光軸２４から右側にずれたＬＥＤ３２の１つのＬＥＤ３２からの光は、第１部分の光軸２４から右側に角度φだけ傾斜した第１傾斜光路あるいは第１光路である光路５１を通って電子部品１３の先端を照明し、電子部品１３の先端で反射した反射光は、第１部分の光軸２４から左側に角度φだけ傾斜した光路５２を通ってレンズ２１を通過してハーフミラー２３で反射され、第２部分の光軸２５から偏心した位置にある絞り２２の開口２２ａの下側部分を通る光路５２ａに沿って撮像面７１に達する。ここで、光路５１と光路５２とは第１部分の光軸２４に対して線対称である。同様に、１つのＬＥＤ３２からの光は、第１部分の光軸２４から右側に角度φだけ傾斜した第１傾斜光路あるいは第１光路である光路５３、５５を通って電子部品１３の中央、根本部を照明し、反射光は、第１部分の光軸２４から左側に角度φだけ傾斜した光路５４、５６を通ってレンズ２１を通過してハーフミラー２３で反射され、第２部分の光軸２５から偏心した位置にある絞り２２の開口２２ａの下側部分を通る光路５４ａ、５６ａに沿って撮像面７１に達する。そして、撮像面７１には、図４に示すように、画像１４が結像する。光路５３と光路５４、光路５５と光路５６はそれぞれ第１部分の光軸２４に対して線対称である。
【００３５】
次に、１つのＬＥＤ３２からの光が光学系２０の合焦面（基準面）よりも高さｈだけ高い電子部品１３ａの表面を照明し、電子部品１３ａの画像１４ａを撮像面７１に結像する場合の光路について説明する。
【００３６】
図４に示すように、１つのＬＥＤ３２からの光は、光路５１と平行な一点鎖線で示す第１傾斜光路あるいは第１光路である光路６１を通って電子部品１３よりも高さがｈだけ高い電子部品１３ａの先端を照明する。反射光は、光路５２と平行な一点鎖線で示す光路６２を通ってレンズ２１からハーフミラー２３に達し、ハーフミラー２３で反射されて光路５２ａと同様、絞り２２の開口２２ａの下側を通る光路６２ａに沿って撮像面７１に達する。図４の光路６２に示すように、光路が第１部分の光軸２４から傾斜している場合には、電子部品１３の高さが高さｈだけ高くなると、反射光がハーフミラー２３で反射される位置が光路５１の場合よりも上側にずれる。一方、絞り２２はレンズ２１の主平面から焦点距離ｆの位置にあるので、ハーフミラー２３から撮像面７１に到る光路５２ａも光路６２ａも絞り２２の同一点を通過する。このため、図４の光路６２ａに示すように、電子部品１３ａの画像１４ａの先端は、電子部品１３の画像１４の先端よりも下側に距離ｅだけずれることになる。同様に１つのＬＥＤ３２からの光は、図４に一点鎖線で示す第１傾斜光路あるいは第１光路である光路６３、６５を通って電子部品１３ａの中央、根本部を照明し、反射光は光路６４、６４ａ、６６、６６ａを通って撮像面７１に達するので、電子部品１３ａの画像１４ａの中央、根本部も先端と同様、下側に距離ｅだけずれることになる。このように、第１部分の光軸２４から右側に角度φだけ傾斜した方向からの照明で電子部品１３ａを照明して撮像すると画像１４ａは、電子部品１３ａの高さｈに応じて下側に距離ｅだけずれてくる。
【００３７】
また、第１部分の光軸２４から左側にずれたＬＥＤ３２の１つのＬＥＤ３２からの光は、図４に破線６２ｂで示すように、ハーフミラー２３、レンズ２１の左側を通って、先に説明したのとは逆に、第１部分の光軸２４から左側に角度φだけ傾斜した第２傾斜光路あるいは第２光路である光路６２を通って電子部品１３ａの先端を照明し、電子部品１３ａの先端で反射した反射光は、第１部分の光軸２４から右側に角度φだけ傾斜した光路６１を通ってレンズ２１を通過してハーフミラー２３で反射され、第２部分の光軸２５から偏心した位置にある絞り２２の開口２２ａの上側部分を通る光路６１ａに沿って撮像面７１に達する。同様に、１つのＬＥＤ３２からの光は、図４に破線６４ｂ、６６ｂで示すように、ハーフミラー２３、レンズ２１の左側を通って、第１部分の光軸２４から左側に角度φだけ傾斜した第２傾斜光路あるいは第２光路である光路６４、６６を通って電子部品１３ａの中央、根本部を照明し、反射光は、第１部分の光軸２４から右側に角度φだけ傾斜した光路６３、６５を通ってレンズ２１を通過してハーフミラー２３で反射され、第２部分の光軸２５から偏心した位置にある絞り２２の開口２２ａの上側部分を通る光路６３ａ、６５ａに沿って撮像面７１に達する。そして、撮像面７１には、図４に示すように、画像１４ｂが結像する。このように、第１部分の光軸２４から左側に角度φだけ傾斜した方向からの照明で電子部品１３ａを照明して撮像すると画像１４ｂは、電子部品１３ａの高さｈに応じて上側に距離ｅだけずれてくる。
【００３８】
そこで、図４に示すように、照明ユニット３０の光学系２０の第１部分の光軸２４から右側に偏心した第１位置のＬＥＤ３２を点灯させ、他のＬＥＤ３２を消灯させて、合焦面（基準面）より高さｈだけ高い電子部品１３ａを照明して図４に示すように第１画像である電子部品１３ａの画像１４ａを取得し、次に、反対に、照明ユニット３０の光学系２０の第１部分の光軸２４から左側に偏心した第２位置のＬＥＤ３２を点灯させ、他のＬＥＤ３２を消灯させて、合焦面（基準面）より高さｈだけ高い電子部品１３ａを照明して図４に示すように第２画像である電子部品１３ａの画像１４ｂを取得する。すると、図５に示すように、撮像素子７０の撮像面７１が取得する画像１４ａと画像１４ｂとは位置ずれ量２ｅだけ離間している。
【００３９】
画像１４ａと画像１４ｂの位置ずれ量２ｅと電子部品１３ａの合焦面（基準面）からの高さｈとの関係は、例えば、ボンディングステージ１１のＺ方向高さあるいは、光学系２０のＺ方向高さを変化させて、位置ずれ量２ｅを計測し、図６に示すようなマップを作成して制御部８０のメモリ８２に格納しておく。そして、このマップを用いることにより画像１４ａと画像１４ｂとの位置ずれ量２ｅから電子部品１３ａの基準面からの高さｈを検出することができる。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態のボンディング装置１００は、ボンディング装置１００に搭載されている撮像装置８５の照明ユニット３０の右側と左側のＬＥＤ３２を交互に点灯させて基準面（合焦面）より高い位置にある電子部品１３ａの画像１４ａ、１４ｂを取得するという簡便な方法で電子部品１３ａの基準面からの高さｈの検出を行うことができる。
【００４１】
なお、本実施形態のボンディング装置１００では、図６に示すようなマップを用いて画像１４ａと画像１４ｂとの位置ずれ量２ｅから電子部品１３ａの基準面からの高さｈを検出することとして説明したが、画像１４ａと画像１４ｂの位置ずれ量２ｅと電子部品１３ａの合焦面（基準面）からの高さｈとの関係式を作成しておき、その式を用いて画像１４ａと画像１４ｂとの位置ずれ量２ｅを高さｈに変換して高さ検出を行うようにしてもよい。また、ボンディングステージ１１がＺ方向に移動可能な場合には、ボンディングステージ１１をＺ方向に移動させて位置ずれ量２ｅとＺ方向の高さｈとのマップあるいは関係式を作成しておくようにしてもよい。
【００４２】
以上の説明では、ボンディング装置１００に搭載されている撮像装置８５の照明ユニット３０の右側と左側のＬＥＤ３２を交互に点灯させて基準面（合焦面）より高い位置にある電子部品１３ａの画像１４ａ、１４ｂを取得して電子部品１３ａの基準面からの高さｈの検出を行うこととして説明したが、以下に説明するように、照明ユニット３０の第１部分の光軸２４の位置にあるＬＥＤ３２、つまり、照明ユニット３０の中心に配置されたＬＥＤ３２を点灯させて電子部品１３ａの画像１４ａを取得し、次に照明ユニット３０の右側、あるいは左側のＬＥＤ３２を点灯させて電子部品１３ａの画像１４ａまたは１４ｂを取得して、照明ユニット３０の中心に配置されたＬＥＤ３２を点灯させて取得した画像１４ａと照明ユニット３０の右側のＬＥＤを点灯させて取得した画像１４ａとの位置ずれ量ｅ、または、照明ユニット３０の中心に配置されたＬＥＤ３２を点灯させて取得した画像１４ａと照明ユニット３０の左側のＬＥＤを点灯させて取得した画像１４ｂとの位置ずれ量ｅに基づいて、電子部品１３ａの基準面からの高さｈの検出を行うこととしてもよい。
【００４３】
先に、図２を参照して説明したように、照明ユニット３０の中心に配置されたＬＥＤ３２の光は、電子部品１３ａの垂直上方から垂直光路である光路４１、４４、４５を通して電子部品１３ａを照明するので、電子部品１３ａからの反射光も垂直上方に向かう。このため、光学系２０の合焦面（基準面）よりも高さｈだけ高い電子部品１３ａの場合でも、撮像面７１に結像する電子部品１３ａの画像１４ａは電子部品１３の画像１４と同じ位置で、画像１４と画像１４ａと間に位置ずれは発生しない。また、先に図３、図４を参照して説明したように、第１部分の光軸２４から右側に角度φだけ傾斜した方向からの照明で電子部品１３ａを照明して撮像すると画像１４ａは、電子部品１３ａの高さｈに応じて下側に距離ｅだけずれてくる。従って、照明ユニット３０の中心に配置されたＬＥＤ３２を点灯させて取得した画像１４ａと照明ユニット３０の右側のＬＥＤ３２を点灯させて取得した画像１４ａとは位置ずれ量ｅだけ離間している。
【００４４】
そこで、照明ユニット３０の中心に配置されたＬＥＤ３２を点灯させて取得した画像１４ａと照明ユニット３０の右側のＬＥＤを点灯させて取得した画像１４ａとの位置ずれ量ｅを用いて電子部品１３ａの基準面からの高さｈの検出を行うことができる。この際、図６に示すマップを利用して検出した位置ずれ量に対する高さｈの比率を２倍として高さｈを算出してもよい。また、ボンディングステージ１１のＺ方向高さあるいは、光学系２０のＺ方向高さを変化させて、照明ユニット３０の中心に配置されたＬＥＤ３２を点灯させて取得した画像１４ａと照明ユニット３０の右側のＬＥＤを点灯させて取得した画像１４ａとの位置ずれ量ｅを計測し、図６と同様なマップを作成して制御部８０のメモリ８２に格納しておき、このマップを用いて位置ずれ量ｅから高さｈを算出するようにしてもよい。また、同様に、照明ユニット３０の中心に配置されたＬＥＤ３２を点灯させて取得した画像１４ａと照明ユニット３０の左側のＬＥＤ３２を点灯させて取得した画像１４ａとの位置ずれ量ｅを用いて電子部品１３ａの基準面からの高さｈの検出を行うこともできる。
【００４５】
次に、図７、８を参照して他の実施形態について説明する。本実施形態のボンディング装置２００は、図７（ａ）に示すように、先に図１から図６を参照して説明したボンディング装置１００の絞り２２を第２部分の光軸２５から偏心した位置に小さな開口２２ａを有するものとし、絞り２２を第２部分の光軸２５の周りに回転可能としたものである。先に図１から図６を参照して説明した部分には同様の符号を付して説明は省略する。
【００４６】
まず、図７を参照しながら、絞り２２の開口２２ａが第２部分の光軸２５の下側に位置している場合について説明する。照明ユニット３０の複数のＬＥＤ３２は、全て点灯しているが、絞り２２の開口２２ａ以外の領域は光が遮断されてしまうので、絞り２２の開口２２ａを通過する光のみが撮像素子７０の撮像面７１に達し、電子部品１３、あるいは高さがｈだけ高い電子部品１３ａの像を結像することができる。
【００４７】
図７に示すように、絞り２２の開口２２ａは、第２部分の光軸２５の下側に位置している。この位置は、図３を参照して説明した照明ユニット３０の右側のＬＥＤ３２のみを点灯させて電子部品１３を照明した場合の反射光が絞り２２を通過する位置と同様の位置である。従って、絞り２２の開口２２ａが第２部分の光軸２５の下側に位置している場合には、照明ユニット３０の複数のＬＥＤ３２が全て点灯している場合でも、図３を参照して説明した右側のＬＥＤ３２からの光のみが電子部品１３の画像１４を撮像素子７０の撮像面７１に結像できる。つまり、絞り２２の開口２２ａの位置を第２部分の光軸２５の下側にすることにより、照明ユニット３０の複数のＬＥＤ３２が全て点灯している場合でも、図３を参照したと同様、第１部分の光軸２４に対して右側に傾斜した光路を通る光によって電子部品１３を照明する場合と同様の状態とすることができる。
【００４８】
従って、図８に示すように、第１部分の光軸２４から右側にずれた１つのＬＥＤ３２からの光が電子部品１３及び電子部品１３ａを照明して撮像素子７０に画像１４及び第１の画像である画像１４ａを結像させる際の光路は、図４を参照して説明した光路５１〜５６、５２ａ、５４ａ、５６ａ、光路６１〜６６、６２ａ、６４ａ、６６ａと同様である。
【００４９】
また、絞り２２を回転させて開口２２ａの位置を第２部分の光軸２５の上側とした場合には、図７に示す場合と反対に、照明ユニット３０の複数のＬＥＤ３２が全て点灯している場合でも、第１部分の光軸２４に対して左側に傾斜した光路を通る光によって電子部品１３を照明する場合と同様の状態となる。この場合、第１部分の光軸２４から左側にずれた１つのＬＥＤ３２からの光が電子部品１３ａを照明して撮像素子７０に第２の画像である画像１４ｂを結像させる際の光路は、図４を参照して説明した光路６２ｂ、６４ｂ、６６ｂ、光路６１〜６６、６１ａ、６３ａ、６５ａと同様である。
【００５０】
以上述べた通りであるから、制御部８０は、絞り２２を第２部分の光軸２５の周りに回転させ、開口２２ａの位置を第２部分の光軸２５の下側として電子部品１３ａの第１画像である画像１４ａを取得し、次に、開口２２ａの位置を第２部分の光軸２５の上側として電子部品１３ａの第２画像である画像１４ｂを取得し、画像１４ａと画像１４ｂとの位置ずれ量２ｅを計測し、図６に示すマップあるいは位置ずれ量２ｅと高さｈとの関係式を用いて電子部品１３ａの基準面からの高さｈを検出することができる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態のボンディング装置２００は、照明ユニット３０を全点灯させたままで、絞り２２を回転させて開口２２ａの位置を第２部分の光軸２５の下側と上側とに交互に移動させて基準面（合焦面）より高い位置にある電子部品１３ａの画像１４ａ、１４ｂを取得するという簡便な方法で電子部品１３ａの基準面からの高さｈの検出を行うことができる。
【００５２】
次に、図９，１０を参照しながら、他の実施形態について説明する。本実施形態のボンディング装置３００は、図９に示すように、図１から図６を参照して説明したボンディング装置１００の照明ユニット３０とハーフミラー２３との間に遮蔽板９０を配置したものである。先に、図１から図６を参照して説明した部分には同様の符号を付して説明は省略する。
【００５３】
図９、図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、遮蔽板９０はＬＥＤアレイ３２ａからの光を透過する孔９１が中心９３から偏芯して設けられ、中心９３が第１部分の光軸２４と同軸となるように取り付けられている。また、遮蔽板９０は、モータ等の回転駆動機構が内蔵されているハブ９２を備えており、制御部８０の指令によって光軸２４の周りに回転するように構成されている。
【００５４】
図１０（ａ）は孔９１がＹ方向プラス側、図９に示すＬＥＤアレイ３２ａの右側のＬＥＤ３２の位置となっており、ＬＥＤアレイ３２ａの右側のＬＥＤ３２の光を通し、他のＬＥＤ３２の光を遮断する。この状態は、先に説明した照明ユニット３０の右側のＬＥＤ３２のみを点灯させたのと同様の状態である。同様に、図１０（ｂ）は、孔９１がＹ方向マイナス側、図９に示すＬＥＤアレイ３２ａの左側のＬＥＤ３２の位置となっており、ＬＥＤアレイ３２ａの左側のＬＥＤ３２の光を通し、他のＬＥＤ３２の光を遮断する。この状態は、図４を参照して説明した、照明ユニット３０の左側のＬＥＤ３２のみを点灯させたのと同様の状態である。
【００５５】
制御部８０は、ハブ９２の中の回転駆動機構を動作させて、遮蔽板９０の孔９１を図１０（ａ）に示す位置として図４を参照して説明したように第１画像である電子部品１３ａの画像１４ａを取得し、遮蔽板９０の孔９１を図１０（ｂ）に示す位置として図４を参照して説明したように第２画像である電子部品１３ａの画像１４ｂを取得し、図６を参照して説明したマップを用いて画像１４ａと画像１４ｂとの位置ずれ量２ｅから電子部品１３ａの基準面からの高さｈを検出することができる。
【００５６】
本実施形態のボンディング装置３００は、ボンディング装置３００に搭載されている撮像装置８５の照明ユニット３０の下側の遮蔽板９０を回転させて、左右両側のＬＥＤ３２を交互に点灯させたと同様の状態として基準面（合焦面）より高い位置にある電子部品１３ａの第１画像である画像１４ａ及び第２画像である画像１４ｂを取得するという簡便な方法で電子部品１３ａの基準面からの高さｈの検出を行うことができる。
【００５７】
以上説明した各実施形態では、基準面より高い位置にある電子部品１３ａの基準面からの高さｈの検出を行うこととして説明したが、電子部品１３ａが基準面よりも低い位置にあった場合でも同様の方法で、電子部品１３ａの基準面からの高さｈの検出を行うことができる。
【００５８】
次に、図１１を参照しながら、ボンディング装置４００において撮像装置１５０を用いてツールチェンジャー１６０の上に載置された各ボンディングツール１６１〜１６３の載置状態を検出する方法について説明する。
【００５９】
ボンディング装置４００は、Ｙ方向ガイド１１０と、Ｙ方向ガイド１１０によってガイドされてＹ方向に移動するＹ方向可動部１２０と、Ｙ方向可動部１２０に取り付けられたボンディングヘッド１３０と、撮像装置１５０とを含んでいる。ボンディングヘッド１３０の先端にはボンディングツールを真空吸着するピックアップ部１４０が取り付けられている。撮像装置１５０は、先に図１〜図６を参照して説明した光学系２０と照明ユニット３０と撮像素子７０とを含んでいる。制御部はボンディング装置４００全体の制御装置と一緒に配置されている。制御部については図示しない。また、Ｙ方向ガイド１１０は、図示しないＸ方向駆動装置によってＸ方向に移動する。従って、ボンディングヘッド１３０、撮像装置１５０はＸＹ方向に移動する。
【００６０】
図１１に示すように、ツールチェンジャー１６０の上には、いろいろな種類のボンディングツールが載置されている。ボンディング装置４００は、Ｙ方向可動部１２０と図示しないＸ方向駆動装置によってボンディングヘッド１３０をＸＹ方向に移動させ、撮像装置１５０をボンディングツール１６１の上に移動させる。そして、先に図１〜図６を参照して説明した方法で、ボンディングツール１６１の３以上の位置の高さｈを検出し、検出した高さの差からボンディングツール１６１の表面の傾斜を計算する。ボンディングツール１６１の表面の傾斜が所定の角度以上の場合には、図示しない制御部は、ボンディング装置４００のピックアップ部１４０がボンディングツール１６１をピックアップできない状態でツールチェンジャー上に載置されていると判断してエラーを出力し、ボンディング装置４００の動作を停止する。なお、制御部８０は、ボンディングツール１６１がピックアップできない状態でツールチェンジャー上に載置されていると判断した場合、図示しない別の装置を動作させてボンディングツール１６１を再載置するようにしてもよい。ボンディングツール１６２、１６３についても同様の動作をおこなう。
【００６１】
また、本実施形態の撮像装置８５は、以下のような各種の測定に応用することができる。例えば、ワイヤボンディング装置、ダイボンディング装置あるいはフリップチップボンディング装置において、基板１２の表面の３点について基準面からの高さｈを検出することにより、基板１２の平坦度を検出することができる。
【００６２】
更に、本実施形態のボンディング装置１００は、以下のように、ワイヤボンディング装置、ダイボンディング装置あるいはフリップチップボンディング装置において、ボンディング前のボンディング対象物である基板１２あるいは電子部品１３の高さの測定に適用することができる。
【００６３】
ボンディング前のボンディング対象物の認識においては、電子部品１３または基板１２の２つのアライメント点を撮像装置８５で撮像し、制御部８０で取得した画像の認識を行うことにより電子部品１３の位置決めを行う。その際に、図１〜６を参照して説明したように照明ユニット３０の左右のＬＥＤ３２の点灯、消灯を切換えたり、図７〜図８を参照して説明したように絞り２２の開口２２ａの位置を第２部分の光軸２５の上側と下側とで切換えたりして電子部品１３の複数の画像あるいは複数の基板１２に画像を取得し、ボンディング前にボンディング対象物である電子部品１３あるいは基板１２の高さを測定することができる。
【００６４】
通常、電子部品１３の位置決めを行うアライメント点は２点あるが、電子部品１３の傾きが問題にならない場合は、１つのアライメント点で電子部品１３の高さが測定できる。電子部品１３の平面の傾きの測定が必要な場合は３点の測定が必要であるので、位置決めを行う２つのアライメント点に加え、他の１点の高さを測定すれば良い。
【００６５】
ボンディング前のアライメント時に高さが検知できれば、ボンディング時のサーチレベル（ボンディングツールが下降する速度が遅くなる高さ）を下げることができ、タクトタイムの向上が期待できる。また、フリップチップボンダにおいては、積層するごとに積層チップ上面の平坦度が変わるため、更に上に電子部品１３を積層する場合、当初のボンディングツールの設定と平坦度が変わり、ボンディングの質を落とすことがある。そのため、事前に積層チップ上面の平坦度が分かれば、それを補正してボンディングを行うことにより、ボンディングの質を高めることができる。
【００６６】
また、上記のような電子部品１３や基板１２の高さ測定、平坦度測定あるいは、電子部品１３の傾き測定を行う場合、図１〜６を参照して説明したように照明ユニット３０の左右のＬＥＤ３２の点灯、消灯の切換えあるいは、図７〜図８を参照して説明したように絞り２２の開口２２ａの位置の切換えに応じて撮像エリア内を分割し、そのエリア内のパターンのずれを算出すると、分割したエリア内での高さ、平坦度が分かり、エリア内での高さを一括計測できる。分割エリアを細かくしたり粗くしたりすることにより、目的に応じた最適な３次元測定ができる。
【００６７】
また、本実施形態の撮像装置８５は、ワイヤボンディング装置のループ高さ、圧着ボールの高さ等を検出することにより、ワイヤボンディングの品質の良否を判断することができる。また、ダイボンディング装置でペーストの高さを検出することにも適用可能である。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態の撮像装置８５は、ボンディング装置のボンディングステージ上の様々な部品の高さ検出にも応用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１１  ボンディングステージ、１２  基板、１３，１３ａ  電子部品、１４，１４ａ，１４ｂ  画像、２０  光学系、２１  レンズ、２２  絞り、２２ａ  開口、２３  ハーフミラー、２４，２５  光軸、３０  照明ユニット、３１  基体部、３２  ＬＥＤ、３２ａ  ＬＥＤアレイ、３３  拡散板、４１〜４３，４１ａ，５１〜５６，５２ａ，５４ａ，５６ａ，６１〜６６，６１ａ〜６６ａ，６２ｂ，６４ｂ，６６ｂ  光路、７０  撮像素子、７１  撮像面、８０  制御部、８１  ＣＰＵ、８２  メモリ、８５，１５０  撮像装置、９０  遮蔽板、９１  孔、９２  ハブ、９３  中心、１００，２００，３００，４００  ボンディング装置、１１０  Ｙ方向ガイド、１２０  Ｙ方向可動部、１３０  ボンディングヘッド、１４０  ピックアップ部、１６０  ツールチェンジャー、１６１〜１６３  ボンディングツール、ｆ  焦点距離、φ  角度。
【図１】
2018084504.tif 000003
【図２】
2018084504.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年12月22日(2017.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディング装置であって、
所定のパターンを有するボンディング対象物の像を結像させる光学系と、
前記光学系が結像させた像を画像として取得する撮像素子と、
複数の光源を含み、前記光学系の光路を通して前記ボンディング対象物を照明する照明ユニットと、
前記撮像素子の取得した前記画像の処理を行う制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記光学系の前記ボンディング対象物に向かう第１光路を通して前記ボンディング対象物を照明して前記撮像素子によって前記ボンディング対象物の前記パターンの画像を第１パターン画像として取得し、
前記第１光路に対して傾斜した第２光路を通して前記ボンディング対象物を照明して前記撮像素子によって前記ボンディング対象物の前記パターンの画像を第２パターン画像として取得し、
前記第１パターン画像と前記第２パターン画像との位置ずれ量に基づいて前記ボンディング対象物の基準高さからの変化量を算出すること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のボンディング装置であって、
前記制御部は、
前記照明ユニット内、第１位置に配置された第１光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、前記第１光路を通して前記ボンディング対象物を照明して前記撮像素子によって前記第１パターン画像を取得し、
前記第１位置と異なる第２位置に配置された第２光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、前記第２光路を通して前記ボンディング対象物を照明して前記撮像素子によって前記第２パターン画像を取得すること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項３】
請求項１に記載のボンディング装置であって、
前記第１光路は、前記光学系の前記ボンディング対象物に向かう第１部分の光軸に対して傾斜した第１傾斜光路であり、
前記第２光路は、前記第１部分の光軸に対して前記第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路であり、
前記制御部は、
前記照明ユニットの内、前記第１部分の光軸から偏心した第１位置に配置された第１光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、前記第１傾斜光路を通して前記ボンディング対象物を照明して前記撮像素子によって前記第１パターン画像を取得し、
前記第１部分の光軸に対して前記第１位置と反対側の第２位置に配置された第２光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、前記第２傾斜光路を通して前記ボンディング対象物を照明して前記撮像素子によって前記第２パターン画像を取得すること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項４】
請求項１に記載のボンディング装置であって、
前記第１光路は、前記光学系の前記ボンディング対象物に向かう第１部分の光軸に沿った垂直光路であり、
前記第２光路は、前記第１部分の光軸に対して傾斜した第２傾斜光路であり、
前記制御部は、
前記照明ユニットの内、前記第１部分の光軸と同軸に配置された第１光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、前記垂直光路を通して前記ボンディング対象物を照明して前記撮像素子によって前記第１パターン画像を取得し、
前記第１部分の光軸から離間した第２位置に配置された第２光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、前記第２傾斜光路を通して前記ボンディング対象物を照明して前記撮像素子によって前記第２パターン画像を取得すること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項５】
請求項１に記載のボンディング装置であって、
前記第１光路は、前記光学系の前記ボンディング対象物に向かう第１部分の光軸に対して傾斜した第１傾斜光路であり、
前記第２光路は、前記第１部分の光軸に対して前記第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路であり、
前記照明ユニットからの光を透過する孔が中心から偏心して設けられ、前記中心が前記光学系の前記第１部分の光軸と同軸で、前記第１部分の光軸の周りに回転可能な遮蔽板を含み、
前記制御部は、前記照明ユニットを点灯させ、前記第１パターン画像を取得する際には、前記孔を前記第１部分の光軸から偏心した第１位置とし、前記第２パターン画像を取得する際には、前記孔を前記第１部分の光軸に対して前記第１位置と反対側の第２位置とすること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項６】
請求項１に記載のボンディング装置であって、
前記第１光路は、前記光学系の前記ボンディング対象物に向かう第１部分の光軸に対して傾斜した第１傾斜光路であり、
前記第２光路は、前記第１部分の光軸に対して前記第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路であり、
前記光学系は、レンズと、前記レンズと前記撮像素子との間に配置された絞りと、を含み、
前記絞りは、前記光学系の前記絞りを通る第２部分の光軸から偏心した位置に前記第１傾斜光路または前記第２傾斜光路を通して前記ボンディング対象物を照明した反射光を通す開口を有すること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項７】
請求項６に記載のボンディング装置であって、
前記絞りは前記第２部分の光軸の周りに回転可能であり、
前記制御部は、
前記撮像素子によって前記第１パターン画像を取得する際には、前記開口の位置を前記第１傾斜光路を通して前記ボンディング対象物を照明した反射光を通す位置とし、
前記撮像素子によって前記第２パターン画像を取得する際には、前記開口の位置を前記第２傾斜光路を通して前記ボンディング対象物を照明した反射光を通す位置とすること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のボンディング装置であって、前記光学系は、テレセントリック光学系であるボンディング装置。
【請求項９】
所定のパターンを有するボンディング対象物の基準高さからの変化量を算出する方法であって、
前記ボンディング対象物の像を結像させる光学系と、前記光学系が結像させた像を画像として取得する撮像素子と、複数の光源を含み、前記光学系の光路を通して前記ボンディング対象物を照明する照明ユニットと、前記撮像素子の取得した前記画像の処理を行う制御部と、を有する撮像装置を準備し、
前記光学系の前記ボンディング対象物に向かう第１光路を通して前記ボンディング対象物を照明して前記撮像素子によって前記ボンディング対象物の前記パターンの画像を第１パターン画像として取得し、
前記第１光路に対して傾斜した第２光路を通して前記ボンディング対象物を照明して前記撮像素子によって前記ボンディング対象物の前記パターンの画像を第２パターン画像として取得し、
前記第１パターン画像と前記第２パターン画像との位置ずれ量に基づいて前記ボンディング対象物の基準高さからの変化量を算出する方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
前記第１光路は、前記光学系の前記ボンディング対象物に向かう第１部分の光軸に対して傾斜した第１傾斜光路であり、
前記第２光路は、前記第１部分の光軸に対して前記第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路であり、
前記照明ユニットの内、前記第１部分の光軸から偏心した第１位置に配置された第１光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、前記第１傾斜光路を通して前記ボンディング対象物を照明して前記撮像素子によって前記第１パターン画像を取得し、
前記第１部分の光軸に対して前記第１位置と反対側の第２位置に配置された第２光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、前記第２傾斜光路を通して前記ボンディング対象物を照明して前記撮像素子によって前記第２パターン画像を取得する方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法であって、
前記第１光路は、前記光学系の前記ボンディング対象物に向かう第１部分の光軸に対して傾斜した第１傾斜光路であり、
前記第２光路は、前記第１部分の光軸に対して前記第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路であり、
前記光学系は、レンズと、前記レンズと前記撮像素子との間に配置された絞りと、を含み、
前記絞りは、前記光学系の前記絞りを通る第２部分の光軸から偏心した位置に前記第１傾斜光路または前記第２傾斜光路を通して前記ボンディング対象物を照明した反射光を通す開口を有し、前記第２部分の光軸の周りに回転可能であり、
前記撮像素子によって前記第１パターン画像を取得する際には、前記開口の位置を前記第１傾斜光路を通して前記ボンディング対象物を照明した反射光を通す位置とし、
前記撮像素子によって前記第２パターン画像を取得する際には、前記開口の位置を前記第２傾斜光路を通して前記ボンディング対象物を照明した反射光を通す位置とする方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、撮像装置によってボンディング対象物の高さの検出を行うボンディング装置およびその方法に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
そこで、本発明は、簡便な方法でボンディング装置の部品またはボンディング対象物の高さ検出を行うことを目的とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明のボンディング装置は、所定のパターンを有するボンディング対象物の像を結像させる光学系と、光学系が結像させた像を画像として取得する撮像素子と、複数の光源を含み、光学系の光路を通してボンディング対象物を照明する照明ユニットと、撮像素子の取得した画像の処理を行う制御部と、を有し、制御部は、光学系のボンディング対象物に向かう第１光路を通してボンディング対象物を照明して撮像素子によってボンディング対象物のパターンの画像を第１パターン画像として取得し、第１光路に対して傾斜した第２光路を通してボンディング対象物を照明して撮像素子によってボンディング対象物のパターンの画像を第２パターン画像として取得し、第１パターン画像と第２パターン画像との位置ずれ量に基づいてボンディング対象物の基準高さからの変化量を算出すること、を特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明のボンディング装置において、制御部は、照明ユニット内、第１位置に配置された第１光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、第１光路を通してボンディング対象物を照明して撮像素子によって第１パターン画像を取得し、第１位置と異なる第２位置に配置された第２光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、第２光路を通してボンディング対象物を照明して撮像素子によって第２パターン画像を取得すること、としてもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明のボンディング装置において、第１光路は、光学系のボンディング対象物に向かう第１部分の光軸に対して傾斜した第１傾斜光路であり、
第２光路は、第１部分の光軸に対して第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路であり、制御部は、照明ユニットの内、第１部分の光軸から偏心した第１位置に配置された第１光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、第１傾斜光路を通してボンディング対象物を照明して撮像素子によって第１パターン画像を取得し、第１部分の光軸に対して第１位置と反対側の第２位置に配置された第２光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、第２傾斜光路を通してボンディング対象物を照明して撮像素子によって第２パターン画像を取得すること、としてもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明のボンディング装置において、第１光路は、光学系のボンディング対象物に向かう第１部分の光軸に沿った垂直光路であり、第２光路は、第１部分の光軸に対して傾斜した第２傾斜光路であり、制御部は、照明ユニットの内、第１部分の光軸と同軸に配置された第１光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、垂直光路を通してボンディング対象物を照明して撮像素子によって第１パターン画像を取得し、第１部分の光軸から離間した第２位置に配置された第２光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、第２傾斜光路を通してボンディング対象物を照明して撮像素子によって第２パターン画像を取得すること、としてもよい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明のボンディング装置において、第１光路は、光学系のボンディング対象物に向かう第１部分の光軸に対して傾斜した第１傾斜光路であり、第２光路は、第１部分の光軸に対して第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路であり、照明ユニットからの光を透過する孔が中心から偏心して設けられ、中心が光学系の第１部分の光軸と同軸で、第１部分の光軸の周りに回転可能な遮蔽板を含み、制御部は、照明ユニットを点灯させ、第１パターン画像を取得する際には、孔を第１部分の光軸から偏心した第１位置とし、第２パターン画像を取得する際には、孔を第１部分の光軸に対して第１位置と反対側の第２位置とすること、としてもよい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明のボンディング装置において、第１光路は、光学系のボンディング対象物に向かう第１部分の光軸に対して傾斜した第１傾斜光路であり、第２光路は、第１部分の光軸に対して第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路であり、光学系は、レンズと、レンズと撮像素子との間に配置された絞りと、を含み、絞りは、光学系の絞りを通る第２部分の光軸から偏心した位置に第１傾斜光路または第２傾斜光路を通してボンディング対象物を照明した反射光を通す開口を有すること、としてもよい。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明のボンディング装置において、絞りは第２部分の光軸の周りに回転可能であり、制御部は、撮像素子によって第１パターン画像を取得する際には、開口の位置を第１傾斜光路を通してボンディング対象物を照明した反射光を通す位置とし、撮像素子によって第２パターン画像を取得する際には、開口の位置を第２傾斜光路を通してボンディング対象物を照明した反射光を通す位置とすること、としてもよい。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明の所定のパターンを有するボンディング対象物の基準高さからの変化量を算出する方法は、ボンディング対象物の像を結像させる光学系と、光学系が結像させた像を画像として取得する撮像素子と、複数の光源を含み、光学系の光路を通してボンディング対象物を照明する照明ユニットと、撮像素子の取得した画像の処理を行う制御部と、を有する撮像装置を準備し、光学系のボンディング対象物に向かう第１光路を通してボンディング対象物を照明して撮像素子によってボンディング対象物のパターンの画像を第１パターン画像として取得し、第１光路に対して傾斜した第２光路を通してボンディング対象物を照明して撮像素子によってボンディング対象物のパターンの画像を第２パターン画像として取得し、第１パターン画像と第２パターン画像との位置ずれ量に基づいてボンディング対象物の基準高さからの変化量を算出することを特徴とする。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明の所定のパターンを有するボンディング対象物の基準高さからの変化量を算出する方法において、第１光路は、光学系のボンディング対象物に向かう第１部分の光軸に対して傾斜した第１傾斜光路であり、第２光路は、第１部分の光軸に対して第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路であり、照明ユニットの内、第１部分の光軸から偏心した第１位置に配置された第１光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、第１傾斜光路を通してボンディング対象物を照明して撮像素子によって第１パターン画像を取得し、第１部分の光軸に対して第１位置と反対側の第２位置に配置された第２光源を点灯させ、その他の光源を消灯させることにより、第２傾斜光路を通してボンディング対象物を照明して撮像素子によって第２パターン画像を取得することとしてもよい。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本発明の所定のパターンを有するボンディング対象物の基準高さからの変化量を算出する方法において、第１光路は、光学系のボンディング対象物に向かう第１部分の光軸に対して傾斜した第１傾斜光路であり、第２光路は、第１部分の光軸に対して第１傾斜光路と反対側に傾斜した第２傾斜光路であり、光学系は、レンズと、レンズと撮像素子との間に配置された絞りと、を含み、絞りは、光学系の絞りを通る第２部分の光軸から偏心した位置に第１傾斜光路または第２傾斜光路を通してボンディング対象物を照明した反射光を通す開口を有し、第２部分の光軸の周りに回転可能であり、撮像素子によって第１パターン画像を取得する際には、開口の位置を第１傾斜光路を通してボンディング対象物を照明した反射光を通す位置とし、撮像素子によって第２パターン画像を取得する際には、開口の位置を第２傾斜光路を通してボンディング対象物を照明した反射光を通す位置とすることとしてもよい。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明は、簡便な方法でボンディング装置の部品またはボンディング対象物の高さ検出を行うことができる。