(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤが挿通されワークにボンディングを行なうツールと、ワークを撮像する位置検出用カメラと、所定位置に配置された基準部材と、前記ツール及び前記基準部材の像を前記位置検出用カメラに導く光学手段とを備え、前記光学手段を通して前記位置検出用カメラに導いた前記ツール及び前記基準部材の像を処理して前記位置検出用カメラと前記ツールとのオフセット量を算出するボンディング装置において、前記位置検出用カメラに設けられたレンズと前記光学手段に設けられたレンズとの組み合わせでアフォーカル系を構成することを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
前記アフォーカル系は、ケプラー型であることを特徴とする請求項１記載のボンディング装置。
【請求項３】
前記アフォーカル系は、ガリレイ型であることを特徴とする請求項１記載のボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はボンディング装置に係り、特にワークを撮像する位置検出用カメラとツールとのオフセット量を正確に算出できるボンディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ等の半導体組立装置の製造工程にはワイヤボンデイング工程がある。この工程により、図７に示すように、ワーク３の半導体チップ１のパッド（第１ボンド点）１ａとリードフレーム２のリード（第２ボンド点）２ａにワイヤ４が接続される。
【０００３】
かかるワイヤボンデイング工程は、図８に示すワイヤボンデイング装置１０によって行なわれる。まず位置検出用カメラ１１によって半導体チップ１上の少なくとも２つの定点、及びリードフレーム２上の少なくとも２つの定点の正規の位置からのずれを検出して、この検出値に基づいて予め記憶されたボンデイング座標を演算部で修正する。この位置検出用カメラ１１による検出の場合は、位置検出用カメラ１１の光軸１１ａが測定点の真上に位置するようにＸ軸モータ１２及びＹ軸モータ１３が駆動される。前記したようにボンデイング座標が修正された後、ツール５がＸＹ軸方向及びＺ軸方向に移動させられ、ツール５に挿通されたワイヤ４を第１ボンド点１ａと第２ボンド点２ａにワイヤボンデイングする。
【０００４】
この場合、位置検出用カメラ１１の光軸１１ａとツール５の軸心５ａとは距離Ｗだけオフセットされているので、位置検出用カメラ１１によって定点のずれを検出してボンデイング座標を修正した後、Ｘ軸モータ１２及びＹ軸モータ１３によってＸＹテーブル１５がオフセット量Ｗだけ移動させられ、ツール５が第１ボンド点１ａの上方に位置させられる。その後、Ｘ軸モータ１２及びＹ軸モータ１３によるＸＹテーブル１５のＸＹ軸方向の移動と、Ｚ軸モータ１４によるボンディングアーム１６の上下動（又は揺動）によるツール５のＺ軸方向の移動により、前記修正されたボンデイング座標にワイヤ４がワイヤボンデイングされる。図８において、ボンディングアーム１６はボンデイングヘッド１７に揺動自在に設けられ、位置検出用カメラ１１はカメラ保持アーム１８を介してボンデイングヘッド１７に固定されている。なお、Ｘｗはオフセット量ＷのＸ軸成分、Ｙｗはオフセット量ＷのＹ軸成分を示す。
【０００５】
位置検出用カメラ１１は、ツール５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１１がツール５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や熱せられた空気からの熱伝達によるカメラ保持アーム１８やボンディングアーム１６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、オフセット量を補正する必要がある。
【０００６】
従来、正確なオフセット量を求める手段として、例えば特許第２９８２０００号が挙げられる。しかし、この手段は、ボンディング点の位置を検出するための位置検出用カメラ１１と別途に、オフセット補正のための専用のオフセット補正用カメラを必要とする。このため、構成が複雑でかつ高価になるという問題があった。
【０００７】
そこで、かかる問題を解消したものとして、特開２００１−２０３２３４号公報に示すように、所定位置に配置された基準部材及びツール５の像光を位置検出用カメラ１１に導く光学手段を設けたものが提案されている。これにより、ワークの位置を検出する位置検出用カメラ１１を、ツール５と基準部材の撮像とに兼用でき、基準部材を用いる場合にも専用のオフセット補正用カメラを用いずに済む。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特開２００１−２０３２３４号公報には、種々の実施形態が開示されている。この内で位置検出用カメラ１１のレンズにテレセントリックレンズを用いた実施形態がある。テレセントリックレンズとは、テレセントリック光学系、即ち結像する主光線がレンズの後方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（即ち、光軸からの距離）が変化しない。
【０００９】
位置検出用カメラ１１の光学系は、テレセントリックに近いが、厳密にはテレセントリックではなく、平行光で照射した場合に物体がピント位置からずれていると、像が多少ボケてしまう。
【００１０】
本発明の課題は、平行光で照射した場合にピント位置に関係なく鮮明な画像を簡単に得ることができるボンディング装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の請求項１は、ワイヤが挿通されワークにボンディングを行なうツールと、ワークを撮像する位置検出用カメラと、所定位置に配置された基準部材と、前記ツール及び前記基準部材の像を前記位置検出用カメラに導く光学手段とを備え、前記光学手段を通して前記位置検出用カメラに導いた前記ツール及び前記基準部材の像を処理して前記位置検出用カメラと前記ツールとのオフセット量を算出するボンディング装置において、前記位置検出用カメラに設けられたレンズと前記光学手段に設けられたレンズとの組み合わせでアフォーカル系を構成することを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決するための本発明の請求項２は、前記請求項１において、前記アフォーカル系は、ケプラー型であることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するための本発明の請求項３は、前記請求項１において、前記アフォーカル系は、ガリレイ型であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１により説明する。なお、図７及び図８と同じ又は相当部材には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。位置検出用カメラ１１は、撮像素子（ＣＣＤ又はＣＭＯＳ等）を備えた光電変換式の撮像器であり、この位置検出用カメラ１１の光学系のレンズ２０のピント位置は、ワークレベル面２０ａとなっている。図７及び図８に示すリードフレーム２を位置決め載置する図示しないボンディングステージの近傍には、光学手段支持板２１が配設されている。光学手段支持板２１上には、基準部材３０と光学手段４０と照明手段５０とが固定されている。
【００１５】
光学手段４０のケース４１内には、レンズ２０のワークレベル面２０ａに水平方向に対して４５°の角度で交差して配設されたミラー４２と、このミラー４２の上方側で水平方向に対して−４５°の角度で交差して配設されたミラー４３と、このミラー４３の左側に配設されたレンズ４４と、このレンズ４４の左側で水平方向に対して４５°の角度で交差して配設されたミラー４５とが設けられている。ケース４１には、ミラー４２の右側に窓４１ａが設けられ、ミラー４５の上方側に窓４１ｂが設けられている。またミラー４２に対向して平行な照明光を照射する照明手段５０が配設され、ミラー４２と照明手段５０間に基準部材３０が配設されている。ここで、ミラー４５の反射面の中心と基準部材３０との距離ｄは、位置検出用カメラ１１の光軸１１ａとツール５の軸心５ａとのＸ軸方向のオフセット量Ｘｗとほぼ等しく設定されている。
【００１６】
本実施の形態は、レンズ２０とレンズ４４の組み合わせでケプラー型のアフォーカル系を構成している。図２は簡略化した光路図を示す。レンズ２０の合成焦点距離をｆ１、前側主平面をＨ11、後側主平面をＨ12とする。レンズ４４の合成焦点距離をｆ２、前側主平面をＨ21、後側主平面をＨ22とする。またレンズ２０の前側主平面Ｈ11からレンズ４４の後側主平面Ｈ22までの距離をＬとする。アフォーカル系を構成するには、Ｌ＝ｆ１＋ｆ２にすれば良い。また倍率はｆ１／ｆ２で表されるので、適切な倍率が得られるようにｆ２の値を選べば良い。
【００１７】
次に図８に示すオフセット量Ｗの補正方法について説明する。この補正方法そのものは従来と同様である。なお、図１はＹ軸方向のオフセット量Ｙｗを補正する場合を示す。まず、図８に示すＸＹテーブル１５を駆動してツール５の軸心５ａを基準部材３０の上方に位置させ、続いてＺ軸モータ１４を駆動してツール５を基準部材３０すれすれの高さまで下降させる。ここで、ツール５は、位置検出用カメラ１１がツール５及び基準部材３０を撮像できる位置であれば良く、基準部材３０の軸心にツール５の軸心５ａを一致させる必要はない。
【００１８】
そして、ツール５及び基準部材３０の両方を撮像する。ツール５及び基準部材３０の像は、ミラー４２、４３を反射してレンズ４４を通ってミラー４５で反射し、レンズ２０より位置検出用カメラ１１で図４（ａ）に示す画像が撮像される。この画像に適宜の画像処理を施すことにより、ツール５の軸心５ａと基準部材３０の軸心３０ａとのＹ軸方向のずれ量ΔＹ1 が算出される。
【００１９】
次に図示しないメモリに予め記憶されたオフセット量Ｘｗ、Ｙｗにより、ＸＹテーブル１５を駆動し、位置検出用カメラ１１を基準部材３０の近傍に移動させる。そして、この状態で基準部材３０を撮像し、その画像に適宜の画像処理を施すことにより、基準部材３０の軸心３０ａと位置検出用カメラ１１の光軸１１ａとのずれ量ΔＹ2 を算出する。測定値ΔＹ1 とΔＹ2 とにより、従来と同様に、オフセット補正量ΔＹを〔数１〕により算出することができる。
【数１】
ΔＹ＝ΔＹ1 −ΔＹ2
【００２０】
このように、本実施の形態はレンズ２０とレンズ４４の組み合わせでケプラー型のアフォーカル系を構成しているので、照明手段５０の平行光で照明した場合、ツール５及び基準部材３０の像の平行光がレンズ４４に入射すると、レンズ２０より完全な平行光として位置検出用カメラ１１に出射される。従って、レンズ４４のピント位置、即ちツール５及び基準部材３０の水平方向の位置によらずに鮮明な画像が得られる。
【００２１】
本発明の第２の実施の形態を図３により説明する。本実施の形態は、図１の第１の実施の形態において、対象物（ツール５及び基準部材３０）をＸＹ軸の２方向から観察できるようにしたものである。本実施の形態は、図１の第１の実施の形態における光学手段４０にハーフミラー４６、ミラー４７、４８及び照明手段５１を設けたものである。
【００２２】
ハーフミラー４６は前記実施の形態のミラー４２の右側に配設され、このハーフミラー４６に対向して基準部材３０を挟んで照明手段５０が配設されている。ミラー４７はハーフミラー４６に対して図中下側に、ミラー４８はミラー４７に対して右側にそれぞれ配設され、ミラー４８に対向して基準部材３０を挟んで照明手段５１が配設されている。ミラー４７の反射面とハーフミラー４６の反射面とは互いに平行とし、いずれもＸ軸方向に対し４５°の角度で交差している。ミラー４８の反射面は、Ｘ軸方向に対し−４５°の角度で交差している。
【００２３】
次にオフセット量Ｗ（Ｙｗ、Ｙｗ）の補正について説明する。前記実施の形態と同様の操作を行い、ツール５を基準部材３０すれすれの高さまで下降させる。そして、位置検出用カメラ１１によりツール５及び基準部材３０の両方を撮像し、両者の位置関係、即ちΔＸ1 ΔＹ1 を測定する。
【００２４】
まず、照明手段５１を消灯し、照明手段５０を点灯した状態とすると、ツール５及び基準部材３０のＹ軸方向の像は、照明手段５０からの光に対する影として、ハーフミラー４６を通過してミラー４２、４３で反射し、レンズ４４を通ってミラー４５で反射し、図１に示すレンズ２０より位置検出用カメラ１１でＹ軸方向の図４（ａ）に示す画像が撮像される。この画像に適宜の画像処理を施すことにより、ツール５の軸心５ａと基準部材３０の軸心３０ａとのＹ軸方向のずれ量ΔＹ1 が算出される。
【００２５】
次に照明手段５０を消灯し、照明手段５１を点灯した状態とすると、ツール５及び基準部材３０のＸ軸方向の像は、照明手段５１からの光に対する影として、ミラー４８、４７よりハーフミラー４６の反射面で反射し、続いてミラー４２、４３で反射し、レンズ４４を通ってミラー４５で反射し、レンズ２０より位置検出用カメラ１１でＸ軸方向の図４（ｂ）に示す画像が撮像される。この画像に適宜の画像処理を施すことにより、ツール５の軸心５ａと基準部材３０の軸心３０ａとのＸ軸方向のずれ量ΔＸ1 が算出される。
【００２６】
このようにしてツール５と基準部材３０との位置関係、即ちΔＸ1 ΔＹ1 が測定されると、次に図示しないメモリに予め記憶されたオフセット量Ｘｗ、Ｙｗにより、ＸＹテーブル１５を駆動し、位置検出用カメラ１１を基準部材３０の近傍に移動させる。そして、この状態で基準部材３０を撮像し、その画像に適宜の画像処理を施すことにより、基準部材３０の軸心３０ａと位置検出用カメラ１１の光軸１１ａとのずれ量ΔＸ2 、ΔＹ2 を算出する。測定値ΔＸ1 ，ΔＹ1 と測定値ΔＸ2 ，ΔＹ2 とにより、従来と同様に、オフセット補正量ΔＸ、ΔＹを〔数２〕により算出することができる。
【数２】
ΔＸ＝ΔＸ1 −ΔＸ2
ΔＹ＝ΔＹ1 −ΔＹ2
【００２７】
本実施の形態は、アフォーカル系となっているので、ＸＹ軸の２方向から観察する場合、照明手段５０による基準部材３０からレンズ４４までの光路と、照明手段５１による基準部材３０からレンズ４４までの光路のパスを等しくする必要はない。即ち、ハーフミラー４６、ミラー４７、４８等の間隔についても制約がなく、ボンディング装置に搭載する場合に非常に有利である。
【００２８】
本発明の第３の実施の形態を図５により説明する。本実施の形態は図１の第１の実施の形態のレンズ４４に代えてレンズ５６を用い、レンズ２０とレンズ５６の組み合わせでガリレイ型のアフォーカル系を構成したものである。図６は簡略化した光路図を示す。レンズ２０の合成焦点距離をｆ１、前側主平面をＨ11、後側主平面をＨ12とする。レンズ５６の合成焦点距離をｆ３、前側主平面をＨ31、後側主平面をＨ32とする。またレンズ２０の前側主平面Ｈ11からレンズ５６の後側主平面Ｈ32までの距離をＬとする。アフォーカル系を構成するには、Ｌ＝ｆ１−ｆ３にすれば良い。また倍率はｆ１／ｆ３で表されるので、適切な倍率が得られるようにｆ３の値を選べば良い。
【００２９】
このように構成しても、図１の第１の実施の形態と同様の効果が得られる。また本実施の形態において、対象物（ツール５及び基準部材３０）をＸＹ軸の２方向から観察できるようにするには、図５に示す光学手段４０に図３の場合と同様にハーフミラー４６、ミラー４７、４８及び照明手段５１を設ければ良い。
【００３０】
なお、図１、図３、図５の前記各実施の形態において、ミラー４２、４３、４５、４７、４８に代えてプリズムを用いてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、ワイヤが挿通されワークにボンディングを行なうツールと、ワークを撮像する位置検出用カメラと、所定位置に配置された基準部材と、前記ツール及び前記基準部材の像を前記位置検出用カメラに導く光学手段とを備え、前記光学手段を通して前記位置検出用カメラに導いた前記ツール及び前記基準部材の像を処理して前記位置検出用カメラと前記ツールとのオフセット量を算出するボンディング装置において、前記位置検出用カメラに設けられたレンズと前記光学手段に設けられたレンズとの組み合わせでアフォーカル系を構成するので、平行光で照射した場合にピント位置に関係なく鮮明な画像を簡単に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボンディング装置の第１の実施の形態を示す一部断面要部正面図である。
【図２】図１の簡略化した光路図である。
【図３】本発明のボンディング装置の第２の実施の形態を示す平面説明図である。
【図４】ツールを基準部材に近接させた状態における画像を示す説明図である。
【図５】本発明のボンディング装置の第３の実施の形態を示す一部断面要部正面図である。
【図６】図５の簡略化した光路図である。
【図７】ワイヤボンディングされたワークの平面図である。
【図８】ワイヤボンディング装置の斜視図である。
【符号の説明】
５    ツール
５ａ    軸心
１１    位置検出用カメラ
１１ａ    光軸
２０    レンズ
２２    光学手段
３０    基準部材
４０    光学手段
４２、４３    ミラー
４４    レンズ
４５、４７、４８    ミラー
４６    ハーフミラー
５０、５１    照明手段
５６    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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