(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディング部品を撮像する位置検出用撮像器と、位置検出用撮像器に対しオフセットして設けられボンディング部品を処理するツールと、位置検出用撮像器とツールとを一体的に移動させるＸＹテーブルとを備えたボンディング装置において、
真上に配置された位置検出用撮像器にツールの像光を導く光路変換手段と、
光路変換手段の上面に設けられるリファレンスマークであって、ＸＹテーブルの平面内の基準位置と関連付けられたリファレンス位置に配置されるリファレンスマークと、
ＸＹテーブルの平面内の基準位置に関連付けられる位置に配置され、ＸＹ平面に対し垂直な軸心を有するツールに向けて、ＸＹテーブルの平面に対して所定の傾斜角をもってＸ方向基準パターンとＹ方向基準パターンとを投影する光源であって、Ｙ方向基準パターンを投影する光源の位置とリファレンス位置との間のＸ方向のずれ量がＸ方向オフセット量と同じに設定され、Ｘ方向基準パターンを投影する光源の位置とリファレンス位置との間のＹ方向のずれ量がゼロに設定される光源と、
ＸＹ平面内におけるオフセット量を求める演算制御装置と、
を備え、
演算制御装置は、
リファレンスマークを位置検出用撮像器で撮像してリファレンスマークと位置検出用撮像器との間の位置関係を測定した測定値と、
光路変換手段を介してツールを位置検出用撮像器によって撮像して、撮像されたツールの輪郭とツール上の基準パターンとに基づいて、リファレンスマークとツールとの間の位置関係を測定した測定値と、
Ｙ方向基準パターンを投影する光源の位置とリファレンス位置との間のＸ方向のずれ量と、Ｘ方向基準パターンを投影する光源の位置とリファレンス位置との間のＹ方向のずれ量と、
に基づいてＸＹ平面内におけるオフセット量を求め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において、
光源は、光路変換手段の上面の向く方向を上方側として、上方側から下方側に向かってＸ方向基準パターンとＹ方向基準パターンとを投影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において、
光源は、光路変換手段の上面の向く方向を上方側として、下方側から上方側に向かってＸ方向基準パターンとＹ方向基準パターンとを投影することを特徴とするボンディング装置。
【請求項４】
ボンディング部品を撮像する位置検出用撮像器と、位置検出用撮像器に対しオフセットして設けられボンディング部品を処理するツールと、位置検出用撮像器とツールとを一体的に移動させるＸＹテーブルとを備えたボンディング装置において、
真上に配置された位置検出用撮像器にツールの像光を導く光路変換手段と、
ＸＹテーブルの平面内の基準位置と関連付けられたリファレンス位置に配置されるリファレンス部材と、
ＸＹテーブルの平面内の基準位置に関連付けられる位置に配置され、ＸＹ平面に対し垂直な軸心を有するツールに向けて、ＸＹテーブルの平面に対して所定の傾斜角をもってツール側基準パターンを、ＸＹ平面に対し立設されたリファレンス部材に向けて、リファレンス部材側基準パターンを、それぞれ投影する光源と、
ＸＹ平面内におけるオフセット量を求める演算制御装置と、
を備え、
演算制御装置は、
光路変換手段を介してリファレンス部材とツールとを位置検出用撮像器によって撮像して、リファレンス部材の輪郭と、リファレンス部材上のリファレンス部材側基準パターンと、ツールの輪郭と、ツール上のツール側基準パターンとに基づいて、リファレンス部材とツールとの間の位置関係を測定した測定値と、
ＸＹテーブルの移動によって位置検出用撮像器をリファレンス部材に近接させた状態で、リファレンス部材を位置検出用撮像器で撮像してリファレンス部材と位置検出用撮像器との間の位置関係を測定した測定値と、
に基づいてＸＹ平面内におけるオフセット量を求めることを特徴とするボンディング装置。
【請求項５】
ボンディング部品を撮像する位置検出用撮像器と、位置検出用撮像器に対しオフセットして設けられボンディング部品を処理するツールと、位置検出用撮像器とツールとを一体的に移動させるＸＹテーブルとを備えたボンディング装置において、
真上に配置された位置検出用撮像器にツールの像光を導く光路変換手段と、
光路変換手段の上面に設けられるリファレンスマークであって、ＸＹテーブルの平面内の基準位置と関連付けられたリファレンス位置に配置されるリファレンスマークと、
ＸＹテーブルの平面内の基準位置に関連付けられる位置に配置され、ＸＹ平面に垂直なツールの軸心を中心としてＸＹテーブルの平面に対して所定の傾斜角を有するリング状の光を放射する光源であって、ツールの長手方向の所定の位置に設けられる撮像基準位置にツールの全周に基準パターンを投影する光源と、
ＸＹ平面内におけるオフセット量を求める演算制御装置と、
を備え、
演算制御装置は、
リファレンスマークを位置検出用撮像器で撮像してリファレンスマークと位置検出用撮像器との間の位置関係を測定した測定値と、
光路変換手段を介してツールを位置検出用撮像器によって撮像して、撮像されたツールの輪郭とツールの上の基準パターンとに基づいて、リファレンスマークとツールとの間の位置関係を測定した測定値と、
に基づいてＸＹ平面内におけるオフセット量を求めることを特徴とするボンディング装置。
【請求項６】
請求項５に記載のボンディング装置において、
光源は、光路変換手段の上面の向く方向を上方側として、下方側から上方側に向かって基準パターンを投影することを特徴とするボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オフセット測定方法、ツール位置検出方法およびボンディング装置に係り、特にボンディング部品を撮像する位置検出用撮像器とツールなどの処理部材とのオフセット量を正確に算出できる方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下、一例としてワイヤボンディング装置について説明する。ＸＹテーブル上に搭載されたボンディングヘッドには、半導体デバイスなどのボンディング部品上のボンディング点を特定するためにボンディング部品上の基準パターンを撮像するための位置検出用カメラと、ボンディングを行うツールが一端に取り付けられたボンディングアームとが設けられている。そして、位置検出用カメラがボンディング部品上の基準パターンを撮像する際に、ツールおよびボンディングアームが位置検出用カメラの視野の妨げにならないように、位置検出用カメラの光軸とツールの軸心とは一定距離ずらしてボンディングヘッドに組付けられている。一般に、位置検出用カメラの光軸とツールの軸心との距離をオフセットと呼んでいる。
【０００３】
位置検出用カメラはツールを移動させる位置を知るための基準点を求めるものであるから、位置検出用カメラがツールからどれだけオフセットされているかを知ることは非常に重要である。しかし、実際のオフセット量は、高温のボンディングステージからの輻射熱によるカメラホルダやボンディングアームの熱膨張により刻々変化するため、ボンディング作業の開始の際や作業の合間の適宜のタイミングで、オフセット量を較正する必要がある。
【０００４】
この目的から従来、ボンディング範囲内の適当な場所にツールにより圧痕をつけ、その圧痕の位置を位置検出用カメラで検出することにより、ツールの位置を検出し、これに基づいてオフセット量を較正する方法が提案されている（例えば、特開昭５９−６９９３９号公報）。この方法では、位置検出用カメラからの光電変換された画像データに所定の画像処理を施すことにより圧痕の中心の座標を求め、これに基づいてオフセット量を算出している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この従来の構成では、ツールの圧痕は必ずしも明瞭でない上、画像処理に適した専用のパターンとは異なり個々の圧痕の形状は互いに異なるため、検出が必ずしも正確でないという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決すべくなされたものであって、その目的は、ツールの位置の検出を正確に実行できる新規な手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るボンディング装置は、ボンディング部品を撮像する位置検出用撮像器と、位置検出用撮像器に対しオフセットして設けられボンディング部品を処理するツールと、位置検出用撮像器とツールとを一体的に移動させるＸＹテーブルとを備えたボンディング装置において、真上に配置された位置検出用撮像器にツールの像光を導く光路変換手段と、光路変換手段の上面に設けられるリファレンスマークであって、ＸＹテーブルの平面内の基準位置と関連付けられたリファレンス位置に配置されるリファレンスマークと、ＸＹテーブルの平面内の基準位置に関連付けられる位置に配置され、ＸＹ平面に対し垂直な軸心を有するツールに向けて、ＸＹテーブルの平面に対して所定の傾斜角をもってＸ方向基準パターンとＹ方向基準パターンとを投影する光源であって、Ｙ方向基準パターンを投影する光源の位置とリファレンス位置との間のＸ方向のずれ量がＸ方向オフセット量と同じに設定され、Ｘ方向基準パターンを投影する光源の位置とリファレンス位置との間のＹ方向のずれ量がゼロに設定される光源と、ＸＹ平面内におけるオフセット量を求める演算制御装置と、を備え、演算制御装置は、リファレンスマークを位置検出用撮像器で撮像してリファレンスマークと位置検出用撮像器との間の位置関係を測定した測定値と、光路変換手段を介してツールを位置検出用撮像器によって撮像して、撮像されたツールの輪郭とツール上の基準パターンとに基づいて、リファレンスマークとツールとの間の位置関係を測定した測定値と、Ｙ方向基準パターンを投影する光源の位置とリファレンス位置との間のＸ方向のずれ量と、Ｘ方向基準パターンを投影する光源の位置とリファレンス位置との間のＹ方向のずれ量と、に基づいてＸＹ平面内におけるオフセット量を求めることを特徴とする。
【０００８】
基準平面内の基準位置に関連付けられる所定位置に配置された光源から、基準平面に対して所定の傾斜角をもって基準パターンをツールに向けて投影すると、ツール上に投影された基準パターンはツールの位置に応じて異なる位置や形状として検出されることとなり、これによりツールの位置の検出を正確に実行できる。
【０００９】
また、光源は、光路変換手段の上面の向く方向を上方側として、上方側から下方側に向かってＸ方向基準パターンとＹ方向基準パターンとを投影することもでき、下方側から上方側に向かってＸ方向基準パターンとＹ方向基準パターンとを投影することもできる。
【００１０】
また、リファレンス部材またはリファレンスマークは、基準平面内の基準位置に関連付けられる所定位置に設置されるので、リファレンス部材またはリファレンスマークを介することによりツールの位置の測定と位置検出用撮像器の位置の測定を極めて正確に実行できる。
【００１１】
また、本発明に係るボンディング装置は、ボンディング部品を撮像する位置検出用撮像器と、位置検出用撮像器に対しオフセットして設けられボンディング部品を処理するツールと、位置検出用撮像器とツールとを一体的に移動させるＸＹテーブルとを備えたボンディング装置において、真上に配置された位置検出用撮像器にツールの像光を導く光路変換手段と、ＸＹテーブルの平面内の基準位置と関連付けられたリファレンス位置に配置されるリファレンス部材と、ＸＹテーブルの平面内の基準位置に関連付けられる位置に配置され、ＸＹ平面に対し垂直な軸心を有するツールに向けて、ＸＹテーブルの平面に対して所定の傾斜角をもってツール側基準パターンを、ＸＹ平面に対し立設されたリファレンス部材に向けて、リファレンス部材側基準パターンを、それぞれ投影する光源と、ＸＹ平面内におけるオフセット量を求める演算制御装置と、を備え、演算制御装置は、光路変換手段を介してリファレンス部材とツールとを位置検出用撮像器によって撮像して、リファレンス部材の輪郭と、リファレンス部材上のリファレンス部材側基準パターンと、ツールの輪郭と、ツール上のツール側基準パターンとに基づいて、リファレンス部材とツールとの間の位置関係を測定した測定値と、ＸＹテーブルの移動によって位置検出用撮像器をリファレンス部材に近接させた状態で、リファレンス部材を位置検出用撮像器で撮像してリファレンス部材と位置検出用撮像器との間の位置関係を測定した測定値と、に基づいてＸＹ平面内におけるオフセット量を求めることを特徴とする。
【００１２】
光源からツールおよびリファレンス部材の両方にそれぞれ基準パターンを投影し、ツールおよびリファレンス部材の両方の像光に基づいてツールの位置を測定するので、ツールと光源との間の位置関係と、リファレンス部材と光源との間の位置関係の双方に基づいて、リファレンス部材とツールとの位置関係を精度よく求めることができる。
【００１３】
さらに、ツールの位置の測定に関し、ツールに投影された基準パターンに基づいてツールの位置を測定した測定値と、ツールおよびリファレンス部材の像光を位置検出用撮像器に導いてツールとリファレンス部材との位置関係を位置検出用撮像器により測定した測定値とを用いることとすれば、ツールの位置をより正確に求めることができる。
【００１４】
さらに、本発明に係るボンディング装置は、ボンディング部品を撮像する位置検出用撮像器と、位置検出用撮像器に対しオフセットして設けられボンディング部品を処理するツールと、位置検出用撮像器とツールとを一体的に移動させるＸＹテーブルとを備えたボンディング装置において、真上に配置された位置検出用撮像器にツールの像光を導く光路変換手段と、光路変換手段の上面に設けられるリファレンスマークであって、ＸＹテーブルの平面内の基準位置と関連付けられたリファレンス位置に配置されるリファレンスマークと、ＸＹテーブルの平面内の基準位置に関連付けられる位置に配置され、ＸＹ平面に垂直なツールの軸心を中心としてＸＹテーブルの平面に対して所定の傾斜角を有するリング状の光を放射する光源であって、ツールの長手方向の所定の位置に設けられる撮像基準位置にツールの全周に基準パターンを投影する光源と、ＸＹ平面内におけるオフセット量を求める演算制御装置と、を備え、演算制御装置は、リファレンスマークを位置検出用撮像器で撮像してリファレンスマークと位置検出用撮像器との間の位置関係を測定した測定値と、光路変換手段を介してツールを位置検出用撮像器によって撮像して、撮像されたツールの輪郭とツールの上の基準パターンとに基づいて、リファレンスマークとツールとの間の位置関係を測定した測定値と、に基づいてＸＹ平面内におけるオフセット量を求めることを特徴とする。
【００１５】
また、この場合でも、光源は、光路変換手段の上面の向く方向を上方側として、下方側から上方側に向かって基準パターンを投影することが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態を以下に図面に従って説明する。図１から図９は、本発明の各実施形態の基本となる参考実施形態であるが、ここでは便宜上第１実施形態と呼ぶことにする。本発明の実施形態は、後述する第２実施形態から第５実施形態である。第１実施形態における内容は、可能である範囲において、本発明の各実施形態に適用することができる。図１は第１実施形態から第５実施形態に共通に係るワイヤボンディング装置を示す。図示のように、ＸＹテーブル１に搭載されたボンディングヘッド２にはボンディングアーム３が設けられ、ボンディングアーム３は図示しない上下駆動手段で上下方向（すなわちＺ方向）に駆動される。ボンディングアーム３の先端部にはツール４が取り付けられ、ツール４にはワイヤ５が挿通されている。またボンディングヘッド２にはカメラホルダ６が固定されており、カメラホルダ６の先端部には、電荷結合素子（ＣＣＤ）を備えた光電変換式の撮像器である位置検出用カメラ７が固定されている。位置検出用カメラ７の光軸７ａ、およびツール４の軸心４ａはいずれも垂直に上下方向、すなわちＺ方向に向かっている。光軸７ａと軸心４ａはＸＹ方向にオフセット量Ｘｔ、Ｙｔだけオフセットされている。ＸＹテーブル１は、その近傍に設置された図示しない２個のパルスモータによりＸ方向およびＹ方向に正確に移動できるように構成されており、これにより位置検出用カメラ７とツール４とが、オフセット量Ｘｔ、Ｙｔを維持したまま、一体的にＸ方向およびＹ方向に移動する。これらは周知の構造である。
【００１７】
図示しない半導体デバイスを位置決め載置するボンディングステージ１０の近傍にレール１３が設けられており、レール１３の上面には、リファレンス部材３０が立設されたリファレンス台１１が固定されている。リファレンス台１１には、プリズム１８、基準パターン用の光源としてのレーザダイオード１５、および透過光光源としてのレーザダイオード１６が設置されている。
【００１８】
レーザダイオード１５は、図２に示すように、リファレンス台１１上に設けられた光源台１４の上端に、水平方向に対し下４５度の傾斜角をもって固定されており、基準パターンＬをツール４の先端部に向けて投影する。
【００１９】
基準パターンＬとしては、図３（ｂ）に示すような水平方向の直線のパターンが用いられる。したがって、図３（ａ）においてツール４がＡの位置にある場合には、基準パターンＬは図３（ｃ）のようにツール４の中ほどに投影され、また、ツール４がＢの位置にある場合には、基準パターンＬは図３（ｄ）のようにツール４の下端部付近に投影される。このように、基準パターンＬを水平方向に対して傾斜角をもって投影することに起因して、基準パターンＬはツール４のＸ方向の位置に応じて異なる高さ位置に投影されることとなる。
【００２０】
レーザダイオード１６は、リファレンス部材３０に向けて平行光を照射するように設定されている。プリズム１８の反射面１８ａは、水平方向に対して４５°の角度で交差している。したがって、ツール４をリファレンス部材３０に近接させた姿勢において、ツール４の下端とリファレンス部材３０の上端との光像は、レーザダイオード１６の光に対する影として、プリズム１８の反射面１８ａを経て位置検出用カメラ７に導かれる。なお、プリズム１８に代えてミラー等の鏡面体を用いてもよい。ハーフミラーを用いてもよい。すなわち、ツール４の像光を位置検出用カメラ７に導くことができる光路変換手段であればよく、ガラス、樹脂等で構成される光学素子としてプリズム、ミラー、ハーフミラー等を用いることができる。
【００２１】
プリズム１８の反射面の中心１８ｂとリファレンス部材３０の軸心３０ａとの間隔ｄ２は、位置検出用カメラ７の光軸７ａとツール４の軸心４ａとのＸ方向のオフセット量Ｘｔと略等しくする。
【００２２】
位置検出用カメラ７は、テレセントリックレンズであるレンズ７ｂを備える。ここにいうテレセントリックレンズとは、テレセントリック光学系、すなわち結像する主光線がレンズの後側焦点を通るように構成した光学系をいう。テレセントリックレンズは、結像面への対向方向の位置ずれに対する許容範囲が広く、特に平行光である透過光で照射した場合に物体位置が変動しても像の大きさ（すなわち、光軸からの距離）が変化しないことで一般に知られており、各種の工業用測定器において採用されているが、ボンディング装置においてもテレセントリックレンズか、テレセントリックに近い特性を有する光学系が広く用いられている。
【００２３】
図４に示すように、ＸＹテーブル１は、演算制御装置２０の指令によりＸＹテーブル制御装置２１を介して駆動される。位置検出用カメラ７により撮像した画像は、電気信号に変換されて画像処理装置２２により処理され、コンピュータよりなる演算制御装置２０によって後述する方法により正確なオフセット量Ｘｔ、Ｙｔが算出される。メモリ２３には予めオフセット量Ｘｗ、Ｙｗが記憶されている。そこで、正確なオフセット量Ｘｔ、Ｙｔとメモリ２３に予め記憶されたオフセット量Ｘｗ、Ｙｗとの差、すなわちオフセット較正量をΔＸ、ΔＹとすると、これら正確なオフセット量Ｘｔ、Ｙｔ、予め記憶されたオフセット量Ｘｗ、Ｙｗ、およびオフセット較正量ΔＸ、ΔＹは数１の関係になる。なお、図中２４は入出力装置を示す。
【００２４】
（数１）
Ｘｔ＝Ｘｗ＋ΔＸ
Ｙｔ＝Ｙｗ＋ΔＹ
次に、オフセット量Ｘｔ、Ｙｔの算出方法を説明する。まず、図５中実線で示すように、ツール４の軸心４ａがリファレンス部材３０の近傍に位置するように、演算処理装置２０（図４）の指令によりＸＹテーブル制御装置２１を介してＸＹテーブル１を駆動し、ツール４をリファレンス部材３０すれすれの高さまで下降させる。ここで、ツール４は、位置検出用カメラ７がツール４およびリファレンス部材３０を撮像できる位置であればよく、リファレンス部材３０の軸心３０ａにツール４の軸心４ａを一致させる必要はない。
【００２５】
そして、位置検出用カメラ７によりツール４およびリファレンス部材３０の両方を撮像し、両者の位置関係、すなわちΔＸ１、ΔＹ１を測定する。
【００２６】
ここで、レーザダイオード１６の照射により、ツール４およびリファレンス部材３０の像光が、レーザダイオード１６の光に対する影として、プリズム１８の反射面１８ａで反射して位置検出用カメラ７に導かれる。その結果、位置検出用カメラ７では図６のとおりの像が得られる。ここで、この画像に適宜の画像処理を施すことにより、ツール４とリファレンス部材３０の輪郭の位置座標に基づいて、両者のずれ量、すなわちツール４の軸心４ａとリファレンス部材３０の軸心３０ａとのＹ方向のずれ量ΔＹ１が算出される。
【００２７】
他方、レーザダイオード１５から投影された基準パターンＬは、上述のとおり、ＸＹテーブルの平面内の基準位置からのツール４のＸ方向の位置に応じて、ツール４の軸心方向に沿って異なる高さ位置に投影されることとなる。ここで、ツール４の輪郭と基準パターンＬの輪郭と基準パターンＬのＸＹテーブルの平面に対する傾斜角度とに基づいて、ＸＹテーブルの平面内の基準位置からのツール４のＸ方向の位置と、基準パターンＬのツール４上における投影のツール４の軸心方向に沿った高さ位置との関係を求めることができる。したがって、図６におけるツール４の軸心方向に沿った基準パターンＬの高さを示す画像に適宜の画像処理を施すことにより、ＸＹテーブルの平面内の基準位置からのツール４のＸ方向の位置が求められる。ここで、リファレンス部材３０の軸心３０ａの位置をＸＹテーブルの平面内の基準位置とすることで、ツール４の軸心４ａとリファレンス部材３０の軸心３０ａとのＸ方向のずれ量ΔＸ１が算出される。
【００２８】
このようにしてツール４とリファレンス部材３０との位置関係すなわちΔＸ１、ΔＹ１が測定されると、次に演算制御装置２０は、メモリ２３に予め記憶されたオフセット量Ｘｗ、Ｙｗにより、ＸＹテーブル制御装置２１を介してＸＹテーブル１を駆動し、図５において点線で示すように、位置検出用カメラ７をリファレンス部材３０の近傍に移動させる。そして、この状態でリファレンス部材３０を撮像し（図７）、その画像に適宜の画像処理を施すことにより、リファレンス部材３０の軸心３０ａと、位置検出用カメラ７の光軸７ａとのずれ量ΔＸ２、ΔＹ２を算出する。
【００２９】
もし、予め記憶されたオフセット量Ｘｗ、Ｙｗが正確なオフセット量Ｘｔ、Ｙｔであれば、オフセット較正量ΔＸ、ΔＹは０であるので、ΔＸ１，ΔＹ１はΔＸ２，ΔＹ２に一致する筈である。しかし、予め記憶されたオフセット量Ｘｗ、Ｙｗが大体の値であった場合、またカメラホルダ６やボンディングアーム３が熱的影響により膨張し、オフセット量Ｘｔ、Ｙｔが変化した場合には、ΔＸ１，ΔＹ１はΔＸ２，ΔＹ２に一致せず、誤差（オフセット較正量）ΔＸ、ΔＹが生じる。そこで、測定値ΔＸ１、ΔＹ１と測定値ΔＸ２、ΔＹ２とにより、数２によりオフセット較正量ΔＸ、ΔＹを算出する。
【００３０】
（数２）
ΔＸ＝ΔＸ１−ΔＸ２
ΔＹ＝ΔＹ１−ΔＹ２
そこで、演算制御装置２０は数２によりオフセット較正量ΔＸ、ΔＹを算出し、数１により予め記憶されたオフセット量Ｘｗ、Ｙｗにオフセット較正量ΔＸ、ΔＹを加算して正確なオフセット量Ｘｔ、Ｙｔを算出し、メモリ２３に記憶されたオフセット量Ｘｗ、Ｙｗを正確なオフセット量Ｘｔ、Ｙｔに補正（更新）する。このようにして求められたオフセット量Ｘｗ、Ｙｗは、以後のボンディング作業において位置検出用カメラ７とツール４のオフセット量として用いられる。
【００３１】
このように、本第１実施形態では、所定位置に配置されたレーザダイオード１５から水平方向に対する傾斜角をもって基準パターンＬをツール４に向けて投影すると共に、ツール４に投影された基準パターンＬに基づいてツール４のＸ方向の位置を測定する。このため、ツール４の位置に応じて基準パターンＬは異なる高さ位置に投影されることとなり、これに基づいてツール４のＸ方向の位置の検出を正確に実行できる。
【００３２】
また、位置検出用カメラ７の位置の測定を、位置検出用カメラ７でリファレンス部材３０を撮像することにより実行することとしたので、本来半導体デバイスを撮像するためのものである位置検出用カメラ７をオフセット量の測定に利用できる。
【００３３】
また、位置検出用カメラ７の位置をリファレンス部材３０を基準として測定し、ツール４のＹ方向の位置をリファレンス部材３０を基準として測定すると共に、これらの測定値と、両測定の間の位置検出用カメラ７およびツール４の移動量である予め記憶されたオフセット量Ｘｗ、Ｙｗとに基づいてオフセット量を求めることとしたので、リファレンス部材３０を介することによりオフセット量の測定をきわめて正確に実行できる。
【００３４】
また、ツール４とリファレンス部材３０との像光を位置検出用カメラ７に導くプリズム１８を設けたので、位置検出用カメラ７を、位置検出用カメラ７自体の位置の検出のみならず、ツール４の位置の検出にも利用できる。
【００３５】
さらに、ツール４の位置の測定に関し、ツール４に投影された基準パターンＬに基づいてツール４の位置を測定したＸ方向の測定値と、ツール４およびリファレンス部材３０の像光を位置検出用カメラ７に導いてツール４とリファレンス部材３０との位置関係を位置検出用カメラ７により測定したＹ方向の測定値とを用いることとしたので、一般にずれ量の比較的大きいＹ方向の測定を、比較的視野の広いツール４の輪郭の画像に基づく方法で行えると共に、ずれ量の比較的小さいＸ方向の測定を基準パターンＬの像に基づいて精度よく行うことができる。
【００３６】
なお、本第１実施形態のように、ツール４のＸ方向の位置の測定をツール４に投影された基準パターンＬに基づいて行う一方、ツール４のＹ方向の位置の測定をツール４の輪郭の画像に基づいて行う構成のほか、ツール４の測定をＸ方向・Ｙ方向共に基準パターンの投影によって行う構成とすることもでき、この場合には、例えばレーザダイオード１５と同様に水平方向に対して所定の傾斜角を持った光源をリファレンス部材３０に対してＹ方向に設けると共に、リファレンス部材３０をＹ方向から専用のカメラで撮像すればよく、さらには、リファレンス部材３０をＹ方向からみた光像を位置検出用カメラ７に導く光学部材を設けてもよい。
【００３７】
また、本第１実施形態では、レーザダイオード１５の照射方向を、水平方向に対し斜め下方としたが、逆に測定姿勢におけるツール４の位置に対し斜め下方にレーザダイオード１５を設置し斜め上方にツール４を照射する構成としてもよい。
【００３８】
また、本第１実施形態では、レーザダイオード１５の照射方向を、水平方向に対し下４５度としたが、レーザダイオード１５の照射方向は他の角度でもよく、傾斜角が大きいほど高い測定精度を得ることができる。また、本第１実施形態ではツール４のＸ方向のずれ量の測定をツール４を水平方向からみた光像に基づいて行う構成としたので、画像処理にあたりＸ座標への変換が容易であるという利点があるが、レーザダイオード１５による照射方向と画像の検出方向とが互いに異なるのであれば同様の方法によるツール４のＸ方向のずれ量の測定が可能であり、例えば基準パターンＬの照射方向を水平方向とする一方、ツール４のＸ方向のずれ量の測定をツール４を水平方向とは異なる角度からみた光像に基づいて行う構成としてもよい。
【００３９】
また、本第１実施形態では、レーザダイオード１５を光源台１４を介してリファレンス台１１に固定する構成としたが、レーザダイオード１５は他の任意の位置に設置することができ、特に、位置検出用カメラ７に固定する構成としてもよい。
【００４０】
また、本第１実施形態ではレーザダイオード１６により透過光照明を行う構成としたが、ツール４の輪郭の画像に基づく位置の測定については反射光を使用してもよく、例えば位置検出用カメラ７に光源を内蔵してプリズム１８を介してツール４を照明する構成としてもよい。また、本第１実施形態では平行光を生ずるように設定されたレーザダイオード１６を用いる構成としたが、このような構成に代えて、ピンホールとレンズとを任意の光源と組み合わせ、これにより平行光を得る構成としてもよい。この場合の光源としては、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）、ハロゲンランプ、タングステンランプ、あるいは光ファイバの出射口などが好適である。ピンホールはなくてもよいが、ピンホールを用いない場合には光線の平行度は劣ることとなる。
【００４１】
また、本第１実施形態では基準パターンＬを水平方向の直線のパターンとしたが、基準パターンＬは他の構成でもよく、例えば図８（ａ）のようなスポット光、図８（ｂ）のようなゼブラパターン、図８（ｃ）のような格子パターン、図８（ｅ）のようなカラーパターンなどを用いてもよい。また、図８（ｄ）のような正弦パターン、すなわち光強度が正弦分布であるパターンを用いてもよく、この場合には位相を１２０度ずつ異にしたパターンを照明した撮像を３回実行してこれらの画像を重ね合わせることにより、ツール４の表面の傷や汚れの影響をキャンセルして精度よく測定を行うことができる。
【００４２】
また、本第１実施形態のように、位置検出用カメラ７を、ツール４およびリファレンス部材３０の撮像に兼用する場合、ボンディング部品から位置検出用カメラ７までの距離が、ツール４およびリファレンス部材３０から位置検出用カメラ７までの距離と異なることに起因して、後者の像の大きさが変化し、その結果ツール４とリファレンス部材３０との位置関係が正しく検出できないことが考えられる。この点本第１実施形態では、被写体位置が変動しても像の大きさが変化しない特性をもつテレセントリックレンズであるレンズ７ｂを位置検出用カメラ７に備えたので、これらの撮像に基づく位置関係の検出をいずれも正確に実行することができ好適である。
【００４３】
また、本第１実施形態では、ツール４およびリファレンス部材３０を、Ｘ方向およびＹ方向から、すなわち互いに９０°角度を異にして捉えた像を用いて、両者のずれ量を測定する構成としたが、両者の相対角度は９０°でなくてもよい。また、リファレンス部材を設ける位置は、本第１実施形態で示す位置に限られず、ボンディング部品にできるだけ近い位置とするのが好適であり、さらには、ボンディング部品自体（例えばリードフレーム）の何らかの突起をリファレンス部材として利用してもよい。
【００４４】
また、本第１実施形態では、ツール４とリファレンス部材３０との位置関係を測定してからツール４と位置検出用カメラ７とを移動して位置検出用カメラ７とリファレンス部材３０との位置関係を測定する構成としたが、両測定の順番は逆であってもよく、かかる構成も本発明の範疇に含まれるものである。
【００４５】
なお、本第１実施形態ではツール４およびリファレンス部材３０の光像をそのままプリズム１８を経て位置検出用カメラ７に導く構成としたが、図９に示すように、プリズム１８とリファレンス部材３０との間に、補正レンズ５０を備える構成としてもよい。補正レンズ５０は補正レンズ支持台５２によりリファレンス台１１に固定されている。レンズ７ｅのみが用いられた場合のピント位置は、位置検出用カメラ７の結像面から距離ｄ１だけ離れたプリズム１８の反射面１８ａの中心１８ｂである。また、レンズ７ｅと補正レンズ５０との両者が用いられた場合のピント位置は、位置検出用カメラ７の結像面から距離ｄ１＋ｄ２だけ離れたリファレンス部材３０の軸心３０ａである。位置検出用カメラ７に装着されたレンズ７ｅはテレセントリックレンズでなくてもよい。なお本変形例においても、図２の構成と同様に光源台１４およびレーザダイオード１５を設置しているが、図９では図示を省略している。
【００４６】
しかしてこの変形例では、位置検出用カメラ７により、補正レンズ５０およびプリズム１８を介して、ツール４およびリファレンス部材３０の両方を撮像する。この場合のピント位置までの距離は、補正レンズ５０を介しているのでｄ１＋ｄ２となる。次に位置検出用カメラ７を移動してリファレンス部材３０に近接させ、その状態で位置検出用カメラ７によりリファレンス部材３０を直接撮像する。この場合のピント位置までの距離は、補正レンズ５０を介していないのでｄ１となる。このように、この変形例では、リファレンス台１１ひいてはリファレンス部３０と一体的に保持された補正レンズ５０により、ピント位置までの距離を変更する構成としたので、ツール４およびリファレンス部材３０を撮像する姿勢へ移動する動作に伴って補正レンズ５０が光路中に介装されることとなり、位置検出用カメラ７によりツール４およびリファレンス部材３０の両方を撮像する場合と、位置検出用カメラ７によりリファレンス部材３０を直接撮像する場合との間で、機械的・電気的手段による位置検出用カメラ７の焦点合わせ操作が不要であるという利点がある。
【００４７】
次に、第２実施形態について説明する。上記第１実施形態では、ツール４とリファレンス部材３０との位置関係の測定と、位置検出用カメラ７とリファレンス部材３０との位置関係の測定との間で、ツール４と位置検出用カメラ７とを移動させ、この移動量を加算してオフセット量を求める構成としたため、両測定の共通の基準点であるリファレンス部材３０を介してオフセット量をきわめて正確に測定できる利点があるが、両測定の間でツール４と位置検出用カメラ７とを移動させない（すなわち、移動量をゼロとする）構成とすることも可能である。すなわち、図１０に示すように、上面にリファレンスマーク１３０ａを設けたプリズム１３０をリファレンス台１１上に設け、他方、位置検出用カメラ７をリファレンスマーク１３０ａの真上に配置した場合においてツール４をＸ方向およびＹ方向からそれぞれ斜め下向きに基準パターンＬx，Ｌyを照射するような位置に、図２と同様の光源台１４およびレーザダイオード１５（図示せず）をそれぞれ配置する。リファレンスマーク１３０ａの位置とレーザダイオード１５の基準パターンＬyを照射する位置とのＸ方向のずれ量ｄ３は、上記実施形態において予め記憶されているオフセット量Ｘｗと等しくし、また、リファレンスマーク１３０ａの位置とレーザダイオード１５の基準パターンＬxを照射する位置とのＹ方向のずれ量はゼロとする。なお、この構成において図９の補正レンズ５０と同様の補正レンズを設けてもよい。
【００４８】
しかして、この構成では、位置検出用カメラ７によりリファレンスマーク１３０ａを撮像し、これを電気信号に変換して画像処理を施すことによりずれ量ΔＸ2，ΔＹ2を求める。次に、その状態で位置検出用カメラ７によりプリズム１３０を介してツール４を撮像し、撮像した画像におけるツール４の輪郭の画像とツール４上に投影された基準パターンの画像とに基づいて画像処理を施すことにより、ずれ量ΔＸ1，ΔＹ1を求める。そしてこれらのずれ量を用い、上記のリファレンスマーク１３０ａとレーザダイオード１５の基準パターンＬyを照射する位置とのＸ方向のずれ量ｄ３をＸｗとし、リファレンスマーク１３０ａの位置とレーザダイオード１５の基準パターンＬxを照射する位置とのＹ方向のずれ量のゼロをＹｗとして、上記数１および数２により正確なオフセット量を算出する。
【００４９】
この構成によれば、位置検出用カメラ７の位置の測定とツール４の位置の測定との間で、位置検出用カメラ７とツール４とを移動する必要がないため、オフセットの補正を迅速に実行できる利点がある。なお、この構成では、測定にリファレンスマーク１３０ａとレーザダイオード１５の基準パターンＬx，Ｌyを照射する位置との位置関係の狂いが含まれるものではあるが、両者の位置関係に狂いが出にくい構成とし、かつ定期的に両者の位置関係を較正することにより、誤差を最小限に抑えることが可能である。
【００５０】
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態は、図１１（ａ）に示すように、ツール４およびリファレンス部材３０の両方に、共通の光源であるレーザダイオード（図示せず）から基準パターンＬX1，ＬX2を斜め下向きに投影するものである。基準パターンＬX1，ＬX2はそれぞれ別個の光源から投影してもよいが、その場合には両光源の間隔および角度は精密に設定されている必要がある。なお、この構成において図９の補正レンズ５０と同様の補正レンズを設けてもよい。
【００５１】
しかして、この構成では、位置検出用カメラ７によりプリズム１８を介してツール４およびリファレンス部材３０を撮像すると、ツール４上に投影された基準パターンＬX1と、リファレンス部材３０に投影された基準パターンＬX2との画像、すなわち図１１（ｂ）に示されるような画像が得られる。この画像に画像処理を施すことによりツール４とリファレンス部材３０とのずれ量ΔＸ1，ΔＹ1を求め、これに基づいて正確なオフセット量を算出する。
【００５２】
このように、第３実施形態では、ツール４とリファレンス部材３０の両方に対して基準パターンＬX1，ＬX2を投影し、これらの像に基づいてツール４の位置を測定するので、リファレンス部材３０と光源との位置関係に基づいて、ツール４と光源との位置関係の測定値を補正でき、リファレンス部材３０とツール４との位置関係を一層精度よく求めることができる。
【００５３】
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態は、図１２に示すように、上面に図１０のものと同様のリファレンスマーク１３０ａを設けたプリズム１３０をリファレンス台１１上に設け、他方、位置検出用カメラ７をリファレンスマーク１３０ａの真上に配置した場合においてツール４の軸心４ａを囲むリファレンス台１１上の位置に、リング状光源１１５を設置し、このリング状光源１１５は、全周からツール４の長手方向の中ほどである撮像基準位置に、基準パターンＬ３を斜め上向きに投影するように設定する。なお、この構成において図９の補正レンズ５０と同様の補正レンズを設けてもよい。
【００５４】
しかして、この構成では、位置検出用カメラ７によりプリズム１３０を介してツール４を撮像し、撮像した画像におけるツール４の輪郭の画像とツール４上に投影された基準パターンＬ3の画像とに基づいて画像処理を施すことにより、ずれ量ΔＸ1，ΔＹ1を求め、これに基づいて正確なオフセット量を算出する。
【００５５】
ここで、ツール４の撮像によって得られる画像は、ツール４の軸心４ａの位置によって異なり、リング状光源１１５の中心１１５ａとツール４の軸心４ａとが一致している場合には図１３（ａ）のとおりとなるが、それぞれ、ツール４の軸心４ａがＹ方向にずれている場合には図１３（ｂ）、−Ｙ方向にずれている場合には図１３（ｃ）、−Ｘ方向にずれている場合には図１３（ｄ）、Ｘ方向にずれている場合には図１３（ｅ）のとおりとなる。このような画像の変化に基づき、第４実施形態ではツール４の位置を正確に求めることができる。
【００５６】
次に、第５実施形態について説明する。図１４に示す第５実施形態は、上記第２実施形態と同様に、ＸＹ２方向から、図３（ｂ）に示すものと同様の水平のライン状である基準パターンＬ４，Ｌ５をツール４に投影するものであるが、投影方向が斜め上向きである点で上記第２実施形態と異なる。なお光源は図１４においても図示省略している。
【００５７】
しかして、この構成におけるツール４の撮像によって得られる画像は、ツール４の軸心４ａの位置によって異なり、ツール４の軸心４ａが撮像基準位置にある場合には図１５（ａ）のとおりとなるが、それぞれ、ツール４の軸心４ａがＹ方向にずれている場合には図１５（ｂ）、−Ｙ方向にずれている場合には図１５（ｃ）、−Ｘ方向にずれている場合には図１５（ｄ）、Ｘ方向にずれている場合には図１５（ｅ）のとおりとなる。このような画像の変化に基づき、第５実施形態ではツール４の位置を正確に求めることができる。
【００５８】
なお、上記各実施形態では、本発明における処理部材を単独のツール４とした場合について説明したが、本発明は複数の加工ヘッドと位置検出用撮像器とのオフセット量の測定や、これら複数の加工ヘッド相互間のオフセット量の測定について適用することも可能である。
【００５９】
また、上記実施形態では光学部材としてプリズム１８，１３０を用いる構成としたが、本発明における光学部材は、処理部材およびリファレンス部材（あるいはリファレンスマーク）の像光を位置検出用撮像器に導きうる構成であればよく、例えば処理部材に対し互いに角度を異にして対向するように配置された光ファイバであってもよい。また、上記実施形態では撮像器としてカメラを用いたが、本発明における撮像器は光を検出しうる構成であればよく、例えばラインセンサでもよい。また上記実施形態では、本発明をワイヤボンディング装置に適用した場合について説明したが、本発明をダイボンディング装置、テープボンディング装置、フリップチップボンディング装置などの他の各種のボンディング装置に適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】第１実施形態に係るボンディング装置の要部を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態の要部を示す正面図である。
【図３】基準パターンの照射についての説明図であり、（ａ）は照射方向とツールの位置、（ｂ）は基準パターンの例、（ｃ）および（ｄ）は基準パターンが照射されたツールの光像である。
【図４】第１実施形態の制御系を示すブロック図である。
【図５】オフセット補正におけるツール、位置検出用カメラおよびリファレンス部材の配置状態を示す平面図である。
【図６】ツールをリファレンス部材に近接させた姿勢における画像を示す説明図である。
【図７】位置検出用カメラをリファレンス部材に近接させた姿勢における画像を示す説明図である。
【図８】（ａ）ないし（ｅ）は基準パターンの他の構成例を示す説明図である。
【図９】光学系の変形例を示す正面図である。
【図１０】第２実施形態の要部を示す斜視図である。
【図１１】第３実施形態を示し、（ａ）は要部を示す正面図、（ｂ）はツールの光像である。
【図１２】第４実施形態の要部を示す説明図である。
【図１３】（ａ）ないし（ｅ）は第４実施形態におけるツールの画像を示す説明図である。
【図１４】第５実施形態の要部を示す斜視図である。
【図１５】（ａ）ないし（ｅ）は第５実施形態におけるツールの画像を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  ＸＹテーブル、２  ボンディングヘッド、３  ボンディングアーム、４  ツール、４ａ  軸心、７  位置検出用カメラ、７ａ  光軸、１１  リファレンス台、１８，１３０  プリズム、１５，１６  レーザダイオード、３０  リファレンス部材、３０ａ  軸心、５０  補正レンズ。
【図１】
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【図２】
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【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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