JP2014036068A - ダイボンダおよびボンディングツールの位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボンディングツール自体の位置を正確に検出する。
【解決手段】ボンディングツール２４と、ストロボ３４と、カメラ３２と、シャンク２０と、を含むダイボンダ１０において、ボンディングツール２４は、半導体ダイ３０を吸着する先端の吸着面２７と、先端の吸着面２７よりも太い根元と、吸着面２７と根元とをつなぎ、長手方向中心線に対して傾斜した傾斜面と、を備え、ストロボ３４は、ボンディングツール２４の吸着面２７側に配置され、カメラ３２は、シャンク２０の画像とボンディングツール２４の傾斜面の画像とを同時に取得し、シャンク２０は、ボンディングツール２７の根元に隣接し、ボンディングツール２４との間で相対的に移動せず、ストロボ３４からの光を少なくともボンディングツール２４の吸着面２７側に反射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイボンダの構造およびボンディングツールの位置検出方法に関する。

半導体ダイをリードフレーム等の回路基板にボンディングする装置としてダイボンダが多く用いられている。ダイボンダは、ボンディングステージの上に吸着固定した回路基板の表面に向かってボンディングツールの先端に吸着保持した半導体ダイを降下させ、半導体ダイを回路基板上にボンディングするものである。

ダイボンダでは、ボンディングツールに吸着された半導体ダイの位置を回路基板のボンディング位置に合わせた状態で半導体ダイを回路基板に押し付けることが必要となる。そこで、ボンディングツールに吸着された半導体ダイをカメラによって認識し、これによりボンディングツールに吸着された半導体ダイの位置を検出する一方、他のカメラで、半導体ダイの実装される回路基板のボンディング位置を認識し、その結果に基づき、半導体ダイをボンディング位置に合わせ、その位置に半導体ダイをボンディングする方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

また、回路基板に半導体ダイをボンディングした後、実際に半導体ダイがボンディングされた位置と回路基板上のボンディング位置との差を検出し、この差によってカメラとボンディングツールとのアライメントを補正する方法が用いられている（例えば、特許文献２参照）。

一方、ダイボンダでは、回路基板を加熱して、回路基板上のはんだ等の接合金属を溶融状態にし、この上にボンディングツールに吸着して加熱した半導体ダイを押しつけた後、半導体ダイを冷却し、固まったはんだによって半導体ダイと回路基板とを接合する方法が用いられることが多いが、加熱によってボンディングツールの位置が変化し、半導体ダイを正確にボンディング位置にボンディングすることができなくなってしまう場合がある。

この場合、特許文献１に記載されたように、ボンディングツールに吸着された半導体ダイをカメラで認識したとしても、半導体ダイの吸着位置がボンディングツールの中心からずれているのみなのか、ボンディングツール自体の位置が温度によって変化しているものなのかの区別が困難で、半導体ダイのボンディング精度が低下してしまうという問題があった。また、ボンディングツールの先端に半導体ダイを吸着させずにボンディングツール先端の画像を取得しようとしてもボンディングによる汚れのため、その画像の取得が難しく、ボンディングツール自体の位置の変化を正確に検出することができず半導体ダイのボンディング精度が低下を招くという問題があった。

また、特許文献２に記載した方法は、一旦ボンディングした後に位置ずれ量をフィードバックする方法なので、位置ずれ量が少ない場合は有効であるが、例えば、ダイボンダを連続運転した後、一定の時間停止した場合のように、温度変化が大きく位置ずれ量が大きくなる場合には有効ではなく、試しボンディングによって位置調整が必要になるという問題があった。

特開２０１０−４０７３８号公報 特開平４−２９９５４２号公報

そこで、本発明は、ボンディングツール自体の位置を正確に検出することを目的とする。

本発明のダイボンダは、ボンディングツールと、光源と、カメラと、反射体と、を含み、ボンディングツールは、半導体ダイを吸着する先端の吸着面と、先端の吸着面よりも太い根元と、吸着面と根元とをつなぎ、長手方向中心線に対して傾斜した傾斜面と、を備え、光源は、ボンディングツールの吸着面側に配置され、カメラは、反射体の画像とボンディングツールの傾斜面の画像とを同時に取得し、反射体は、ボンディングツールの根元に隣接し、ボンディングツールとの間で相対的に移動せず、光源からの光を少なくともボンディングツールの吸着面側に反射する、ことを特徴とする。

本発明のダイボンダは、更に、画像処理部を含み、画像処理部は、カメラによって取得した反射体の画像と、カメラによって取得したボンディングツールの傾斜面の画像とを処理し、ボンディングツールの位置を検出すること、としても好適である。

本発明のダイボンダにおいて、反射体は、ボンディングツールを把持するシャンクまたは、ボンディングツールに取り付けたリングまたは、ボンディングツールの根元に隣接する段部であり、ボンディングツールの長手方向中心線に対して垂直な反射面を有し、反射面は、シャンクの吸着面側の端面または、リングの吸着面側の端面または、段部の端面であること、としても好適である。

本発明のダイボンダは、更に、制御部、を含み、制御部は、画像処理部の検出したボンディングツールの位置と予め設定した基準位置との差に基づいてボンディングツールの位置を補正すること、としても好適である。

本発明のダイボンダのボンディングツール位置検出方法は、画像取得工程と、位置検出工程と、を含み、ダイボンダは、半導体ダイを吸着する先端の吸着面と、先端の吸着面よりも太い根元と、吸着面と根元とをつなぎ、長手方向中心線に対して傾斜した傾斜面と、を有するボンディングツールと、ボンディングツールの吸着面側に配置される光源と、ボンディングツールとの間で相対的に移動せず、光源からの光をボンディングツールの吸着面側に反射する反射体と、反射体の画像とボンディングツールの傾斜面の画像とを同時に取得するカメラと、を備え、反射体がボンディングツールの根元に隣接し、ボンディングツールの長手方向中心線に対して垂直な反射面を含み、画像取得工程は、カメラによって反射体の画像とボンディングツールの傾斜面の画像とを同時に取得し、位置検出工程は、カメラによって取得した反射体の画像と、カメラによって取得したボンディングツールの傾斜面の画像とからボンディングツールの位置を検出すること、を特徴とする。

本発明のダイボンダのボンディングツールの位置補正方法は、画像取得工程と、位置検出工程と、位置補正工程と、を含み、ダイボンダは、半導体ダイを吸着する先端の吸着面と、先端の吸着面よりも太い根元と、吸着面と根元とをつなぎ、長手方向中心線に対して傾斜した傾斜面と、を有するボンディングツールと、ボンディングツールの吸着面側に配置される光源と、ボンディングツールとの間で相対的に移動せず、光源からの光をボンディングツールの吸着面側に反射する反射体と、反射体の画像とボンディングツールの傾斜面の画像とを同時に取得するカメラと、を備え、反射体がボンディングツールの根元に隣接し、ボンディングツールの長手方向中心線に対して垂直な反射面を含み、画像取得工程は、カメラによって反射体の画像とボンディングツールの傾斜面の画像とを同時に取得し、位置検出工程は、カメラによって取得した反射体の画像と、カメラによって取得したボンディングツールの傾斜面の画像とからボンディングツールの位置を検出し、位置補正工程は、位置検出工程で検出したボンディングツールの位置と予め設定した基準位置との差に基づいてボンディングツールの位置を補正すること、を特徴とする。

本発明は、ボンディングツール自体の位置を正確に検出することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態におけるダイボンダの制御システムの構成を示す系統図である。 本発明の実施形態におけるダイボンダのボンディングツールとシャンクとの詳細を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるダイボンダの動作を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるダイボンダのボンディングツールとシャンクの構造と、カメラによって捉えた画像を示す説明図である。 図４に示す画像を二値化処理する工程を示す説明図である。 図４に示す画像を二値化処理した画像を示す説明図である。 本発明の他の実施形態におけるダイボンダのボンディングツールとリングの構造と、カメラによって捉えた画像を示す説明図である。 本発明の他の実施形態におけるダイボンダのボンディングツールの構造と、カメラによって捉えた画像を示す説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態のダイボンダ１０は、シャンク２０を介してボンディングツール２４が取り付けられるボンディングヘッド１５と、ボンディングヘッド１５をＹ方向にガイドするガイドレール１１と、ボンディングヘッド１５をＹ方向に移動させるＹ方向移動機構１３と、ガイドレール１１とボンディングヘッド１５とをＸ方向に移動させるＸ方向移動機構１２と、ボンディングヘッド１５の下側に設けられたカメラ３２と、回路基板３１が吸着固定されたボンディングステージ３７の上側に設けられたカメラ３９と、光源であるストロボ３４と、カメラ３２，３９とストロボ３４とが接続される画像処理部４０と、Ｘ、Ｙ方向移動機構１２，１３が接続される制御部５０を備えている。ボンディングツール２４は、先端に半導体ダイ３０を吸着する吸着面２７を有し、ストロボ３４は発光した光をボンディングツール２４の方向に向ける反射鏡３５を備えている。ボンディングヘッド１５は、内部にボンディングツール２４をＺ方向に移動するＺ方向移動機構１６と、ボンディングツール２４をθ方向に回転移動するθ方向移動機構１７とを備えており、各移動機構１６，１７はそれぞれ制御部５０に接続されている。制御部５０は、このＸ，Ｙ，Ｚ，θ方向の各移動機構１２，１３，１６，１７を動作させることによって、ボンディングツール２４をＸ，Ｙ，Ｚ，θの各方向に移動させるように構成されている。なお、図１の中の座標軸に示すように、紙面に水平方向がＹ方向、紙面の上下方向がＺ方向、紙面に垂直方向がＸ方向、Ｚ軸周りの回転方向がθ方向である。

図１に示すように、画像処理部４０は、内部に信号、データの処理を行うＣＰＵ４１と、データやプログラムを記憶するメモリ４２とを備えるコンピュータである。メモリ４２は後で説明する画像取得プログラム４３、位置検出プログラム４４、制御データ４５を内部に格納している。また、画像処理部４０は、カメラ３２，３９、ストロボ３４との接続を行うカメラインターフェース４７、ストロボインターフェース４８とを備えている。また、画像処理部４０は、他のコンピュータである制御部５０との間でデータ通信を行うためのデータバスインターフェース４６を備えている。ＣＰＵ４１、メモリ４２、各インターフェース４７，４８とデータバスインターフェース４６とは画像処理部４０内部のデータバス４９によって接続されている。

図１に示すように、制御部５０は、画像処理部４０と同様、内部に信号、データの処理を行うＣＰＵ５１と、データやプログラムを記憶するメモリ５２とを備えるコンピュータであり、データバスインターフェース５６と通信ライン６０、画像処理部４０のデータバスインターフェース４６を介して画像処理部４０のＣＰＵ４１、メモリ４２と接続されている。メモリ５２は後で説明する位置制御プログラム５３、位置補正プログラム５４、制御データ５５を内部に格納している。また、制御部５０は、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ方向の各移動機構１２，１３，１６，１７との接続を行う移動機構インターフェース５７を備えている。ＣＰＵ５１、メモリ５２、移動機構インターフェース５７とデータバスインターフェース５６とは制御部５０内部のデータバス５９によって接続されている。

本実施形態のダイボンダ１０のＸ，Ｙ，Ｚ，θの各移動機構１２，１３，１６，１７は、それぞれ、ボンディングツール２４の先端のＸ，Ｙ，Ｚ，θの各方向の位置を示す信号を出力するように構成されており、制御部５０は、各移動機構１２，１３，１６，１７の信号からボンディングツール２４の先端のＸ，Ｙ，Ｚ，θの各方向の位置を取得する。

図２に示すように、ボンディングツール２４は、半導体ダイ３０を吸着する先端の吸着面２７と、先端の吸着面２７よりも太い根元２５と、吸着面２７と根元２５とをつなぎ、長手方向中心線９０に対して傾斜した傾斜面である傾斜曲面２６と、を有している。先端の吸着面２７は半導体ダイ３０の大きさと略同様の大きさで、ボンディングツール２４の長手方向中心線９０に対して垂直な平面となっている。

ボンディングツール２４の根元２５は先端の吸着面２７よりも太く、シャンク２０に固定される円柱形であり、傾斜曲面２６は、吸着面２７から根元２５に向かって漏斗状に広がる曲面である。また、シャンク２０は、内周側にボンディングツール２４の根元２５の外周面が嵌合する円筒形となっており、その下側あるいは吸着面２７の側の端面２１は、ボンディングツール２４の長手方向あるいはボンディングツール２４の長手方向中心線９０に垂直な平面で、その表面が鏡面仕上げされている。シャンク２０はボンディングツール２４と嵌合しているので、ボンディングツール２４との間で相対的に移動せず、根元２５に隣接する位置に配置されている。

図２に示すように、カメラ３２は、ボンディングツール２４が真上の所定の位置に移動してきた際にボンディングツール２４に吸着された半導体ダイ３０の裏面（Ｚ方向下側の面）にピントが合うような位置に配置され、半導体ダイ３０の裏面のシャープな画像を取得できるように調整されている。つまり、カメラ３２は、カメラ３２のレンズと半導体ダイ３０の裏面との光路長Ｌ１がカメラ３２のレンズの焦点距離となるように調整されている。

一方、図２に示すように、ボンディングツール２４の傾斜曲面２６、シャンク２０の端面２１は半導体ダイ３０を吸着する吸着面２７から長手方向に離間して配置され、カメラ３２のレンズからボンディングツール２４の傾斜曲面２６、シャンク２０の端面２１までの光路長は光路長Ｌ２，Ｌ３となっている。一方、カメラ３２のレンズの焦点深度Ｄは半導体ダイ３０の厚さよりも少し長い程度であるので、各光路長Ｌ２，Ｌ３はそれぞれ光路長Ｌ１に焦点深度Ｄを加えた長さよりも長くなっている。このため、カメラ３２によってボンディングツール２４の傾斜曲面２６の画像とシャンク２０の端面２１の画像とを取得する場合、ボンディングツール２４の傾斜曲面２６とシャンク２０の端面２１はピントが合っていない状態となり、取得する傾斜曲面２６の画像と端面２１の画像とは、多少ぼけた画像となる。

次に、本実施形態のダイボンダ１０の動作について説明する。図３に示すように、図１に示すダイボンダ１０の制御部５０は位置制御プログラム５３を実行してＸ，Ｙ，Ｚ，θ方向の各移動機構１２，１３，１６，１７を駆動してピックアップステージ３６の上に置かれているダイシング済みのウエハの上にボンディングツール２４を移動させ、ボンディングツール２４の先端の吸着面２７に半導体ダイ３０を吸着する。半導体ダイ３０は、図示しないヒータによって加熱される。そして、制御部５０は、図３に示す軌跡３８のようにボンディングヘッド１５をボンディングステージ３７の上に移動させる。ボンディングステージ３７の上に吸着固定させた回路基板３１はボンディングステージ３７に組み込まれた図示しないヒータによって加熱されており、回路基板上３１のはんだ等の接合金属を溶融状態になっている。ここで、制御部５０は、ボンディングヘッド１５をボンディングステージ３７の上に吸着固定させた回路基板３１の上に降下させ、回路基板３１の上にボンディングツール２４に吸着した加熱した半導体ダイ３０を押しつけた後、半導体ダイ３０を冷却し、固まったはんだによって半導体ダイ３０と回路基板３１とを接合する。

半導体ダイ３０のボンディングが終了したら、画像処理部４０は、回路基板３１の上に設けられたカメラ３９によって回路基板３１とその上に接合された半導体ダイ３０との画像を取得し、半導体ダイ３０が実際にボンディングされている位置と回路基板３１のボンディング位置とのずれ量を検出する。そして、位置ずれがある場合には、ずれ量だけボンディングツール２４の位置を補正する。この場合、位置ずれの移動平均を求め、この移動平均値の変化の傾向に基づいてずれ量の補正方向を決定するようにしてもよい。

以上のような一連の工程を繰り返してダイボンダ１０によって連続してボンディングを継続すると、ダイボンダ１０の温度上昇にしたがって、ボンディングツール２４の位置は最初に予め設定した基準位置から補正の都度少しずつ移動していく。そして、ダイボンダ１０の温度が略一定の温度に達すると、補正量は略ゼロとなり、ボンディングツール２４の位置は移動しなくなる。

一定温度でボンディングを行った後、一定時間、例えば、３０分あるいは、一時間程度ダイボンダ１０を停止させると、ダイボンダ１０の温度の低下によりボンディングツール２４の位置は、当初の基準位置に戻るように移動してくる。そして、ボンディング再開の際には、停止直後の位置と当初の基準位置との中間に位置している。この中間位置は、ダイボンダ１０の停止時間、ボンディングの温度条件等によって様々に変化することから、例えば、ダイボンダ１０のどこかの温度を測定し、その結果によりボンディングツール２４の中間位置を予測することは困難である。

そこで、制御部５０、画像処理部４０は、以下に説明するように、ボンディングツール２４の中間位置を検出する。

まず、制御部５０のＣＰＵ５１は、ボンディングツール２４に半導体ダイ３０を吸着しない状態で位置制御プログラム５３を実行し、図３に示すように、ボンディングヘッド１５をカメラ３２レンズの中心位置にボンディングツール２４の長手方向中心線９０が合う位置、つまり、ボンディングツール２４がカメラ３２の真上となる所定の位置に移動させ、ストロボ３４を発光させるトリガ信号を出力する。このトリガ信号は、データバスインターフェース５６，４６、通信ライン６０により画像処理部４０に伝達される。なお、所定の位置は、予め位置制御プログラム５３の中に設定されている位置である。

画像処理部４０のＣＰＵ４１はこのトリガ信号が入力されたら、画像取得プログラム４３を実行する。ＣＰＵ４１は、ストロボ３４を発光させる指令を出力する。この指令により、ストロボインターフェース４８から発光信号がストロボ３４に出力され、ストロボ３４が発光する。また、画像処理部４０は、トリガ信号が入力されたら、ストロボ３４の発光と同期させてカメラインターフェース４７を通してカメラ３２からの画像の取り込みを行う。そして、取り込んだ画像は、画像処理部４０のメモリ４２に格納される。

ストロボ３４が発光するとストロボ３４からの光は、図４（ａ）に示す矢印７１，７３，７５のようにボンディングツール２４の吸着面２７の側からシャンク２０の端面２１、ボンディングツール２４の傾斜曲面２６、ボンディングツール２４の吸着面２７、に入射する。シャンク２０の端面２１に入射した光の一部は、図４（ａ）に示す矢印７２のように、ボンディングツール２４の長手方向あるいは、ボンディングツール２４の長手方向中心線９０に沿った方向（Ｚ方向マイナス側）に向かって反射され、図２に示したように、ボンディングツール２４の下側（吸着面２７側）のカメラ３２に入射する。従って、本実施形態では、シャンク２０は反射体であり、シャンク２０の端面２１は反射面である。

一方、図４（ａ）の矢印７３に示すようにボンディングツール２４の傾斜曲面２６に入射した光は、図４（ａ）に示す矢印７４のように、水平方向などボンディングツール２４の長手方向と異なる方向あるいはボンディングツール２４の長手方向中心線９０に沿った方向と異なる方向に向かって反射される。また、ボンディングツール２４の吸着面２７は、ボンディングによって汚れているので、図４（ａ）に矢印７５に示すように、ボンディングツール２４の吸着面２７に入射した光は、その表面で乱反射し、矢印７６で示すように傾斜曲面２６に入射した光と同様、ボンディングツール２４の長手方向と異なる方向あるいはボンディングツール２４の長手方向中心線９０に沿った方向と異なる方向に向かって反射される。

すると、図４（ｂ）に示すように、カメラ３２の視野３３には、ストロボ３４からの光がカメラ３２に向かって反射する端面２１の明度の高い（白い）リング状の画像８１（反射体の画像）と、ストロボ３４からの光がカメラ３２に向かって反射しないボンディングツール２４の傾斜曲面２６の明度の低い（黒あるいはグレー）円形の画像８２と、同様にストロボ３４からの光がカメラ３２に向って反射しないボンディングツール２４の吸着面２７の明度の低い（黒あるいはグレー）円形の画像８３が捉えられる。画像処理部４０は、カメラ３２によって、この３つの画像８１，８２，８３を同時に取得し、メモリ４２に格納する。

先に説明したように、カメラ３２のピントは、半導体ダイ３０の裏面に合うように調整されており、半導体ダイ３０の裏面からカメラ３２の焦点深度Ｄよりも大きくＺ方向にずれているシャンク２０の端面２１、ボンディングツール２４の傾斜曲面２６のリング状の画像８１、円形の画像８２はぼやけた画像となっている。またボンディングツール２４の吸着面２７はカメラ３２の焦点深度Ｄの中に入っているが、光がカメラに向って反射しないので、画像８３は画像８２と同様、明度の低い（黒あるいはグレー）画像となっている。

画像処理部４０のＣＰＵ４１は、位置検出プログラム４４を実行する。以下の説明では、画像の明度は、２５６階調（明度０〜明度２５５）として説明する。カメラ３２によって取得した画像は、図５（ａ）に示すように、端面２１の明度２５５のリング状の画像８１（反射体の画像）と、ボンディングツール２４の傾斜曲面２６の明度０の円形の画像８２（傾斜面の画像）と、ボンディングツール２４の吸着面２７の明度０の円形の画像８３を含んでいる。先に説明したように、リング状の画像８１と、円形の画像８２とはカメラ３２のピントがずれているので、ぼやけた画像となっている。このため、図５（ａ）に示す様に、画像８１の明度は外周部では、線ａで示す様に明度２５５であるが、円形の画像８２に近づくにつれてピンボケのために黒い画像８２の一部が混ざりこみ、線ｂに示す様に少しずつ明度が低下してくる。そして、画像８２の領域の中に入ると、急速に明度が低下し、画像８２の内部領域では、明度は０近傍となる。そして、画像８３の内部領域も、線ｃで示す様に、明度０の状態が続く。

図５（ａ）に示す様に、画像処理部４０のＣＰＵ４１は、予めセットしておいた二値化閾値を用いて、図５（ｂ）に示す様に、画像８２の丸い外形線９１を取得する。二値化閾値は、ストロボ３４の光の状態、撮影位置などの条件が基準条件である場合に、ボンディングツール２４の根元２５の外形とほぼ同一の直径の円形の線が画像８２の丸い外形線９１として取得できるように予め試験などで決めておくものである。画像８１と画像８２は同心に配置されているボンディングツール２４の傾斜曲面２６とシャンク２０の端面２１の画像であるので、図５に線ａから線ｃで示す各領域の明度の変化は、ボンディングツール２４の長手方向中心線の周りに対称となる。従って、ストロボ３４の光の状態、撮影位置などの条件が基準条件とずれた場合でも画像８１と画像８２との間の明度の変化曲線は、図５（ａ）の一点鎖線ｂ´の様に左右対称（ボンディングツール２４の長手方向中心線の周りに対称）となるので、図５（ｂ）に示す二値化閾値を用いて取得する丸い外形線９１´は、ボンディングツール２４の根元２５の外形よりも小さい直径のボンディングツール２４の外形と同心円となる。このため、ストロボ３４の光の状態、撮影位置などの条件が基準条件とずれた場合でも丸い外形線９１、９１´の中心はいずれもボンディングツール２４の長手方向中心線の位置と一致する。

つまり、本実施形態では、ストロボ３４の光を反射している端面２１のリング状の画像８１は明度が高く、逆にストロボ３４の光を反射していない傾斜曲面２６の円形の画像８２は明度が低く、その明度差が非常に大きくなっている。このため、端面２１、傾斜曲面２６のボンディングツール２４の長手方向の位置が半導体ダイ３０の裏面から焦点深度Ｄよりも離れており、シャープな画像を取得できなくとも、各画像８１，８２の明度差が大きいことを利用して、確実にボンディングツール２４の外形と同心円の円形の外形線９１を抽出できる。

図６に示すように、画像処理部４０は、円形の外形線９１に基準位置でのボンディングツール２４の外形線９２を重ね合わせると共に、円形の外形線９１のＸ方向中心線９４、Ｙ方向中心線９３、中心線９４，９３の交点である中心９７の位置を決定する。そして、画像処理部４０は、円形の外形線９１の中心９７の位置と基準位置でのボンディングツール２４の中心の位置である外形線９２の中心９８（外形線９２のＸ方向中心線９６とＹ方向中心線９５の交点）の位置とのＸ方向、Ｙ方向それぞれのずれ量ΔＸ，ΔＹを求める。

円形の外形線９１は、ボンディングツール２４と相対的に位置がずれないシャンク２０の端面２１の内側の外形線と同心円であり、かつ、ボンディングツール２４の外形線と同心円でもあることから、円形の外形線９１の中心９７の位置は図４（ａ）に示すボンディングツール２４の長手方向中心線９０の中心位置であり、ボンディングツール２４が中間位置にある場合のボンディングツール２４の中心位置を示すものである。したがって、円形の外形線９１の中心９７と外形線９２の中心９８とのＸ、Ｙ方向の各ずれ量ΔＸ，ΔＹは、ボンディングツール２４の中心の基準位置からのＸ、Ｙ方向の各ずれ量となる。

ボンディングツール２４の中心の基準位置は、ダイボンダ１０が初期状態で温度が常温の場合のボンディングツール２４の位置で、予め初期設定された位置であり、ダイボンダ１０の中でのその絶対座標は既知であることから、上記の各ずれ量ΔＸ，ΔＹを取得することにより、中間位置におけるボンディングツール２４のダイボンダ１０の中の絶対座標を検出することができる。

画像処理部４０は、中間位置におけるボンディングツール２４の基準位置に対するＸ，Ｙ方向の各ずれ量ΔＸ，ΔＹを検出したら、そのデータをデータバスインターフェース４６，５６，通信ライン６０を通して制御部５０に送信する。制御部５０のＣＰＵ５１は、位置補正プログラム５４を実行し、各移動機構１２，１３によって検出するボンディングツール２４の先端の位置を受信したＸ，Ｙ方向の各ずれ量ΔＸ，ΔＹだけ補正し、ボンディングステージ３７の上の回路基板の正確な位置に半導体ダイ３０をボンディングすることができる。

以上、説明したように、本実施形態のダイボンダ１０は、ボンディングツール２４を把持しているシャンク２０の端面２１の画像８１と、ボンディングツール２４の傾斜曲面２６の画像８２との明度差を利用してボンディングツール２４の長手方向中心線９０の中心位置を検出するので、端面２１、傾斜曲面２６が半導体ダイ３０の裏面から焦点深度Ｄよりも大きくずれており、各画像８１，８２がシャープでない場合でも確実に中間位置にあるボンディングツール２４のダイボンダ１０の中の絶対座標を検出することができる。また、シャンク２０の端面２１を鏡面仕上げして反射面とするという簡便な構成で、正確にボンディングツール２４の中間位置を検出することができる。更に、ボンディングツール自体の位置を正確に検出することができるので、ダイボンダ１０を一旦停止した後の再始動において、最初のボンディングからボンディングステージ３７の上の回路基板３１の正確な位置に半導体ダイ３０をボンディングすることができる。

本実施形態では、ボンディングツール２４の傾斜面は漏斗状の傾斜曲面２６であるとして説明したが、傾斜面は、ボンディングツール２４の長手方向中心線９０に対して傾斜しており、ストロボ３４からの光を長手方向中心線９０に沿った方向に反射しないような面であればどのような形状であってもよく、例えば、吸着面２７と根元２５とを斜めにつなぐテーパ面であってもよい。

次に、図７、図８を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。図１から図６を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。図７に示す実施形態は、図１から図６を参照して説明した実施形態のシャンク２０の下側にボンディングツール２４の根元２５の外周に嵌って固定されるリング２２を取り付けたものである。リング２２の下側の端面２３は鏡面仕上げされてストロボ３４からの光を反射することができるように構成されている。本実施形態では、リング２２が反射体であり、端面２３が反射面で、リング２２は根元２５に隣接して配置されている。

図７（ｂ）に示すように、本実施形態では、カメラ３２は、少しぼけた明度の高い（白い）リング状のリング２２の端面２３の画像８６と、少しぼけたボンディングツール２４の傾斜曲面２６の明度の低い（黒またはグレー）の画像８２と、シャープで明度の低い（黒またはグレー）ボンディングツール２４の吸着面２７の画像８３とを取得し、端面２３の画像８６と傾斜曲面２６画像８２との円形の外形線９１を抽出し、中間位置でのボンディングツール２４のダイボンダ１０の中の絶対座標を検出する。本実施形態の効果は先に図１から図６を参照して説明した実施形態と同様である。

図８（ａ）に示す他の実施形態は、ボンディングツール２４の根元２５を段つきとし、その段部２８の下側の下面２９を鏡面仕上げとしてストロボ３４からの光を反射することができるようにしたものである。本実施形態では、ボンディングツール２４の段部２８が反射体であり、段部２８の下面２９が反射面で、下面２９は根元２５に隣接して配置されている。

図８（ｂ）に示すように、本実施形態では、カメラ３２は、少しぼけた明度の高い（白い）リング状の段部２８の下面２９の画像８８と、少しぼけたボンディングツール２４の傾斜曲面２６の明度の低い（黒またはグレー）の画像８２と、シャープで明度の低い（黒またはグレー）ボンディングツール２４の吸着面２７の画像８３とを取得し、下面２９の画像８８と傾斜曲面２６画像８２との円形の外形線９１を抽出し、中間位置におけるボンディングツール２４のダイボンダ１０の中の絶対位置を検出する。本実施形態の効果は先に図１から図６を参照して説明した実施形態と同様である。

１０ ダイボンダ、１１ ガイドレール、１２ Ｘ方向移動機構、１３ Ｙ方向移動機構、１５ ボンディングヘッド、１６ Ｚ方向移動機構、１７ θ方向移動機構、２０ シャンク、２１，２３ 端面、２２ リング、２４ ボンディングツール、２５ 根元、２６ 傾斜曲面、２７ 吸着面、２８ 段部、２９ 下面、３０ 半導体ダイ、３１ 回路基板、３２，３９ カメラ、３３ 視野、３４ ストロボ、３５ 反射鏡、３６ ピックアップステージ、３７ ボンディングステージ、３８ 軌跡、４０ 画像処理部、４１，５１ ＣＰＵ、４２，５２ メモリ、４３ 画像取得プログラム、４４ 位置検出プログラム、４５，５５ 制御データ、４６，５６ データバスインターフェース、４７ カメラインターフェース、４８ ストロボインターフェース、４９，５９ データバス、５０ 制御部、５３ 位置制御プログラム、５４ 位置補正プログラム、５７ 移動機構インターフェース、６０ 通信ライン、７１〜７６ 矢印、８１〜８９ 画像、９０ 長手方向中心線、９１，９１´，９２ 外形線、９３〜９６ 中心線、９７，９８ 中心、Ｄ 焦点深度、Ｌ１〜Ｌ３ 光路長、ΔＸ，ΔＹ ずれ量。

Claims (6)

1. ボンディングツールと、
   光源と、
   カメラと、
   反射体と、
   を含み、
   前記ボンディングツールは、半導体ダイを吸着する先端の吸着面と、先端の前記吸着面よりも太い根元と、前記吸着面と前記根元とをつなぎ、長手方向中心線に対して傾斜した傾斜面と、を備え、
   前記光源は、前記ボンディングツールの前記吸着面側に配置され、
   前記カメラは、前記反射体の画像と前記ボンディングツールの前記傾斜面の画像とを同時に取得し、
   前記反射体は、前記ボンディングツールの前記根元に隣接し、前記ボンディングツールとの間で相対的に移動せず、前記光源からの光を少なくとも前記ボンディングツールの前記吸着面側に反射する、
   ことを特徴とするダイボンダ。
2. 請求項１に記載のダイボンダであって、
   更に、画像処理部を含み、
   前記画像処理部は、
   前記カメラによって取得した前記反射体の画像と、前記カメラによって取得した前記ボンディングツールの前記傾斜面の画像とを処理し、前記ボンディングツールの位置を検出すること、
   を特徴とするダイボンダ。
3. 請求項１または２に記載のダイボンダであって、
   前記反射体は、前記ボンディングツールを把持するシャンクまたは、前記ボンディングツールに取り付けたリングまたは、前記ボンディングツールの前記根元に隣接する段部であり、前記ボンディングツールの長手方向中心線に対して垂直な反射面を有し、
   前記反射面は、前記シャンクの前記吸着面側の端面または、前記リングの前記吸着面側の端面または、前記段部の端面であること、
   を特徴とするダイボンダ。
4. 請求項２または３に記載のダイボンダであって、
   更に、制御部、を含み、
   前記制御部は、前記画像処理部の検出した前記ボンディングツールの位置と予め設定した基準位置との差に基づいて前記ボンディングツールの位置を補正すること、
   を特徴とするダイボンダ。
5. ダイボンダのボンディングツール位置検出方法であって、
   画像取得工程と、
   位置検出工程と、
   を含み、
   前記ダイボンダは、半導体ダイを吸着する先端の吸着面と、先端の前記吸着面よりも太い根元と、前記吸着面と前記根元とをつなぎ、長手方向中心線に対して傾斜した傾斜面と、を有するボンディングツールと、前記ボンディングツールの吸着面側に配置される光源と、前記ボンディングツールとの間で相対的に移動せず、前記光源からの光を前記ボンディングツールの前記吸着面側に反射する反射体と、前記反射体の画像と前記ボンディングツールの前記傾斜面の画像とを同時に取得するカメラと、を備え、前記反射体が前記ボンディングツールの前記根元に隣接し、前記ボンディングツールの長手方向中心線に対して垂直な反射面を含み、
   前記画像取得工程は、前記カメラによって前記反射体の画像と前記ボンディングツールの前記傾斜面の画像とを同時に取得し、
   前記位置検出工程は、前記カメラによって取得した前記反射体の画像と、前記カメラによって取得した前記ボンディングツールの前記傾斜面の画像とから前記ボンディングツールの位置を検出すること、
   を特徴とする位置検出方法。
6. ダイボンダのボンディングツールの位置補正方法であって、
   画像取得工程と、
   位置検出工程と、
   位置補正工程と、
   を含み、
   前記ダイボンダは、半導体ダイを吸着する先端の吸着面と、先端の前記吸着面よりも太い根元と、前記吸着面と前記根元とをつなぎ、長手方向中心線に対して傾斜した傾斜面と、を有するボンディングツールと、前記ボンディングツールの吸着面側に配置される光源と、前記ボンディングツールとの間で相対的に移動せず、前記光源からの光を前記ボンディングツールの前記吸着面側に反射する反射体と、前記反射体の画像と前記ボンディングツールの前記傾斜面の画像とを同時に取得するカメラと、を備え、前記反射体が前記ボンディングツールの前記根元に隣接し、前記ボンディングツールの長手方向中心線に対して垂直な反射面を含み、
   前記画像取得工程は、前記カメラによって前記反射体の画像と前記ボンディングツールの前記傾斜面の画像とを同時に取得し、
   前記位置検出工程は、前記カメラによって取得した前記反射体の画像と、前記カメラによって取得した前記ボンディングツールの前記傾斜面の画像とから前記ボンディングツールの位置を検出し、
   前記位置補正工程は、前記位置検出工程で検出した前記ボンディングツールの位置と予め設定した基準位置との差に基づいて前記ボンディングツールの位置を補正すること、
   を特徴とする位置補正方法。

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