JP2014109511A - 位置決め方法、位置決め装置、およびダイボンダ - Google Patents

Abstract

【課題】対象のパターンが不安定であったり、検索対象物が傾斜していたりしていても、画像認識の失敗を極力少なくすることができて、信頼性の高い位置決めを行うことが可能な、位置決め装置、およびダイボンダを提供する。
【解決手段】照明手段１６にて、検索対象物に対して明視野照明又は暗視野照明のいずれかの初期照明を行い、その状態で、複数種のマッチング手法から一つのマッチング手法を選択して順次処理手段１７にて行う。第１判断手段１８にて、認識処理が成功したか否かを判断できる。制御手段１９にて、認識処理が成功した時点で次のマッチング手法を行うことなくこの検索対象物の認識処理を終了する。制御手段１９では、マッチング手法の全種類を行っても認識処理が成功しないときには、初期照明を異なる視野照明に切換えた後、選択手段にて選択したマッチング手法を、順次処理手段１７にて行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置決め方法、位置決め装置、およびダイボンダに関する。

従来、ウェハがダイシングされてなるチップをボンディングする際には、ダイボンダが用いられる。すなわち、ダイボンダのウェハテーブルには、ウェハリングがセットされており、ウェハリングに張設されたウェハシートには、複数のチップが貼着されている。そして、チップをピックアップ装置によってピックアップして、リードフレーム等の基板上にマウントするものである。

ところで、ピックアップ時には、チップの位置合わせを行う必要がある。すなわち、この種のピックアップ装置は、一般的には、吸着コレットにてチップを吸着してピックアップする。このため、チップが位置ずれしていれば、正規の位置にチップをマウントすることができないおそれがある。

そこで、従来には、パターンマッチングを用いてチップの位置合わせを行うことが提案されている。パターンマッチングとは、ある画像の中に存在するパターンと同じものが、他の画像中のどの部分に存在するかを対応付けする処理のことであり、その代表的なものとして、テンプレートマッチングがある。すなわち、図７に示すように、あらかじめテンプレート５１と呼ばれるパターンが画素単位で表現したものを用意し、これを移動しながら画像５２と重ね合せ、類似性の高いパターンを検索対象画像から検出する手法である。パターンマッチングを用いた位置検出装置は、特許文献１および特許文献２等に記載されているように種々ある。

特開２００８−２８３００６号公報 特開２００６−４１０８９号公報

しかしながら、パターンマッチングでは、認識パターンが不安定であったり、検索対象物が傾斜していたりする場合では、画像認識を失敗する場合があった。すなわち、ワーク（検索対象物）の品質によっては対象のパターンが不安定であったり、形状が変化したりするものがあるためである。

そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、対象のパターンが不安定であったり、検索対象物が傾斜していたりしていても、画像認識の失敗を極力少なくすることができて、信頼性の高い位置決めを行うことが可能な、位置決め方法、位置決め装置、およびダイボンダを提供しようとするものである。

本発明の位置決め方法は、検索対象物の位置を特定する位置決め方法であって、検索対象物に対して明視野照明又は暗視野照明のいずれかの初期照明を行い、その状態で、複数種のマッチング手法を順次行って、認識処理が成功した時点で次のマッチング手法を行うことなくこの検索対象物の認識処理を終了し、マッチング手法の全種類を行っても認識処理が成功しないときには、前記初期照明を異なる視野照明に切換え、その状態で、複数種のマッチング手法を順次行って、認識処理が成功した時点で次のマッチング手法を行うことなくこの検索対象物の認識処理を終了し、マッチング手法の全種類を行っても認識処理が成功しないときには、この検索対象物の認識処理失敗とするものである。

ここで、明視野照明とは、測定対象物を照らす光線を光軸中心に沿って垂直に照明することをいう。暗視野照明とは、測定対象物を照らす光線を光軸中心ではなく、斜めから照射することをいう。すなわち、明視野照明は、照射した光が反射もしくは透過した直接光を観察するタイプの照明であり、照明光の色(電球色、暖色系の白色など）の明るい背景の中に置かれた試料が光を遮り、背景より暗い様子を観察する。暗視野照明は、照射した光が反射もしくは透過して散乱した光を観察するタイプの照明であり、暗い背景に明るい試料が浮かび上がって観察される。このため、暗視野照明では、明視野照明ではぼやけて見えなかった微細な構造、キズ、欠陥等を観察可能となる。

本発明の位置決め方法によれば、まず、明視野照明又は暗視野照明のいずれかの照明でもって、複数種のマッチング手法を行うことができ、この際、いずれかのマッチング手法で認識成功となれば、検索対象物の位置決めが可能となる。また、この複数種のマッチング手法で認識成功しない場合、異なる照明に切り換えて、再度複数種のマッチング手法を行うことができる。この際、いずれかのマッチング手法で認識成功となれば、検索対象物の位置決めが可能となる。

このため、本発明の位置決め方法では、マッチング手法として、種々のものを用いることが可能で、種々の検索対象物に対して最適なマッチング手法を実行可能となる。また、検索対象物によっては、明視野照明では認識成功しないが、暗視野照明では認識成功するもの、逆に暗視野照明では認識成功しないが、明視野照明では認識成功するものがあるが、このようなものであっても、両方の照明でもってマッチング手法を実行可することができる。したがって、認識成功の確率は極めて高いものとなる。

複数種のマッチング手法には、検索対象物の形状パターンを位置決めモデルにする形状ベースマッチングのパターンマッチング、この形状ベースマッチングに形状変化に対する許容量を大きく設定した最大変形マッチング、領域内の各画素での輝度値を正規化して位置決めモデルを形成する正規化相関マッチング等がある。

形状ベースマッチングは、照明の輝度が変わっても、形状が映しだされている場合、検出可能となるが、形状が大きく変化する場合、検出できない場合がある。なお、スケールマッチングにより、全体の形状が等倍に変化したものは検出可能となる。

最大変形マッチングでは、パターンマッチングに使用するモデルのエッジ上の各点に一定の許容範囲を持たせることが可能となり、様々な形状変化に柔軟に対応したマッチングを実現できる。すなわち、形状の一部が変化しても一定の許容範囲内であれば、検出可能となる。

正規化相関マッチングは、検索対象物のエッジが明確に出ない場合、内部の輝度値を利用することが可能となる。しかしながら、非線形的な照明変化、遮蔽、クラック等には対応できない。

初期照明が明視野照明であっても、暗視野照明であってもよい。また、選択するマッチング手法は、処理時間が短い手法から順次行うのが好ましい。処理時間としては、形状ベースマッチング＜最大変形マッチング＜正規化相関マッチングとなる。

本発明の位置決め装置は、検索対象物の位置を特定する位置決め装置であって、明視野照明と暗視野照明のいずれかで検索対象物を照明することが可能な照明手段と、複数種のマッチング手法から順次一つのマッチング手法が選択されてその選択されたマッチング手法での認識処理を行う処理手段と、選択されたマッチング手法での認識処理が成功したか否かを判断する第１判断手段と、認識処理が成功しているとの判断で次のマッチング手法での認識処理を停止し、全種類のマッチング手法を行っても認識処理が成功していないときに、照明手段を異なる視野照明に切り換えて、再度複数種のマッチング手法を順次行って、認識処理が成功した時点で次のマッチング手法を行うことなくこの検索対象物の認識処理を終了させる制御手段と、１回の視野照明の切換えが行われた後に、全種類のマッチング手法を行っても認識処理が成功していないときはその検索対象物に対する認識処理が失敗と判断する第２判断手段とを備えたものである。

本発明の位置決め装置によれば、照明手段にて、検索対象物に対して明視野照明又は暗視野照明のいずれかの初期照明を行い、その状態で、複数種のマッチング手法から一つのマッチング手法を選択して順次処理手段にて行うことができる。そして、第１判断手段にて、認識処理が成功したか否かを判断できる。制御手段にて、認識処理が成功した時点で次のマッチング手法を行うことなくこの検索対象物の認識処理を終了することができる。また、制御手段では、マッチング手法の全種類を行っても認識処理が成功しないときには、前記初期照明を異なる視野照明に切換えることができる。視野照明に切換えた後、選択手段にて選択したマッチング手法を、順次処理手段にて行うことができる。そして、第１判断手段にて、認識処理が成功したか否かを判断できる。制御手段にて、認識処理が成功した時点で次のマッチング手法を行うことなくこの検索対象物の認識処理を終了することができる。また、１回の視野照明の切換えが行われた後に、全種類のマッチング手法を行っても認識処理が成功していないときは、第２判断手段にてその検索対象物に対する認識処理が失敗と判断することができる。すなわち、本発明の位置決め装置よれば、本発明の位置決め方法の実行が可能である。

本発明のダイボンダは前記位置決め装置を備えたものである。このため、本発明の位置決め方法の実行することができる。

本発明では、認識成功の確率は極めて高いものとなり、対象パターンが不安定であっても、傾いていても認識成功し易いものとなり、高精度の位置決めを行うことができる。

複数種のマッチング手法を順次やっていき、認識成功すれば、その時点でマッチングが終了するものであるので、選択するマッチング手法として、処理時間が短い手法から順次行うようにすれば、全体としての処理時間を短くでき、作業効率に優れた位置決めを行うことができる。

本発明のダイボンダでは、高精度の位置決めを行うことができ、安定したボンディング工程が可能となる。

本発明の位置決め装置の実施形態の簡略構成図である。 本発明のダイボンダの要部簡略図である。 本発明の位置決め方法を示し、明視野照明の場合のフローチャート図である。 本発明の位置決め方法を示し、暗視野照明の場合のフローチャート図である。 本発明のダイボンダを用いたボンディング工程を示す略図である。 ウェハを示す簡略斜視図である。 パターンマッチングの説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。

図１に位置決め装置を示し、図５にこの位置決め装置を用いたダイボンダのボンディング工程を示している。ダイボンダは、ウェハ９（図６参照）から切り出されるチップ１をピックアップポジションＰにてピップアップして、リードフレームなどの基板２のボンディングポジションＱに移送（搭載）するものである。ウェハ９は、図１に示すように、ダイシング工程によって、多数のチップ１に分断（分割）される。このため、このチップ１は図６に示すようにマトリックス状に配列され、本発明の検索対象物Ｗである。

このダイボンダは、図５に示すように、コレット（吸着コレット）３を備える。このコレット３は、図示省略の移動機構にて、ピックアップポジションＰ上での矢印Ａ方向の上昇および矢印Ｂ方向の下降と、ボンディングポジションＱ上での矢印Ｃ方向の上昇および矢印Ｄ方向の下降と、ピックアップポジションＰとボンディングポジションＱとの間の矢印Ｅ、Ｆ方向の往復動とが可能とされる。移動機構は、例えばマイクロコンピュータ等にて構成される制御手段にて前記矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの移動が制御される。なお、移動機構としては、シリンダ機構、ボールねじ機構、モーターリニア機構等の種々の機構にて構成することができる。

吸着コレット３はその下面に開口する吸着孔８を有するヘッド（吸着のノズル）４を備え、吸着孔８を介してチップ１が真空吸引され、このヘッド４の下端面（先端面）にチップ１が吸着する。この真空吸引（真空引き）が解除されれば、ヘッド４からチップ１が外れる。

また、多数のチップ１に分断（分割）されたウェハ９は、例えばＸＹθテーブル５（図６参照）上に配置され、このＸＹθテーブル５には突き上げピンを備えた突き上げ手段が配置される。すなわち、突き上げ手段によって、ピックアップしようとするチップ１を下方から突き上げ、粘着シートから剥離しやすくする。この状態で、下降してきた吸着コレット３にこのチップ１が吸着する。

ところで、チップ１をピックアップポジションＰにてピックアップする際には、チップ１が正規の姿勢になっている必要がある。このため、このダイボンダにおいて本発明にかかる位置決め装置が用いられる。

図２は本発明の位置決め装置を含んだダイボンダを示し、このダイボンダは、チップ１を観察するための撮像手段としてのカメラ（ＣＣＤカメラ）１２と、このチップ１を照明する照明手段１６（図１参照）とを備える。また、カメラ１２や照明手段１６とは制御部１５にて制御される。そして、この制御部１５が本発明の位置決め装置を構成することになる。

制御部５は、図１に示すように、検索対象物Ｗ（チップ１）を照明することが可能な前記照明手段１６と、複数種のマッチング手法から選択されたマッチング手法での認識処理を行う処理手段１７と、選択されたマッチング手法での認識処理が成功したか否かを判断する第１判断手段１８と、照明手段１６の照明切換え制御等を行う制御手段１９と、検索対象物に対する認識処理が失敗と判断する第２判断手段２０とを備える。

すなわち、照明手段１６は、図２に示すように、明視野照明２２と暗視野照明２３とを備える。明視野照明とは、測定対象物を照らす光線を光軸中心に沿って垂直に照明することをいう。暗視野照明とは、測定対象物を照らす光線を光軸中心ではなく、斜めから照射することをいう。すなわち、明視野照明は、照射した光が反射もしくは透過した直接光を観察するタイプの照明であり、照明光の色(電球色、暖色系の白色など）の明るい背景の中に置かれた試料が光を遮り、背景より暗い様子を観察する。暗視野照明は、照射した光が反射もしくは透過して散乱した光を観察するタイプの照明であり、暗い背景に明るい試料が浮かび上がって観察される。このため、暗視野照明では、明視野照明ではぼやけて見えなかった微細な構造、キズ、欠陥等を観察可能となる。

処理手段１７には、複数種のマッチング手法が入力され、制御手段１９の制御によって、順次一つのマッチング手法を行うものである。マッチング手法には、検索対象物の形状パターンを位置決めモデルにする形状ベースマッチングのパターンマッチング、この形状ベースマッチングに形状変化に対する許容量を大きく設定した最大変形マッチング、領域内の各画素での輝度値を正規化して位置決めモデルを形成する正規化相関マッチング等がある。

形状ベースマッチングは、照明の輝度が変わっても、形状が映しだされている場合、検出可能となるが、形状が大きく変化する場合、検出できない場合がある。なお、スケールマッチングにより、全体の形状が等倍に変化したものは検出可能となる。

最大変形マッチングでは、パターンマッチングに使用するモデルのエッジ上の各点に一定の許容範囲を持たせることが可能となり、様々な形状変化に柔軟に対応したマッチングを実現できる。すなわち、形状の一部が変化しても一定の許容範囲内であれば、検出可能となる。

正規化相関マッチングは、検索対象物のエッジが明確に出ない場合、内部の輝度値を利用することが可能となる。しかしながら、非線形的な照明変化、遮蔽、クラック等には対応できない。

処理時間としては、形状ベースマッチング＜最大変形マッチング＜正規化相関マッチングとなる。

処理手段１７、第１判断手段１８、制御手段１９、及び第２判断手段２０等は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を中心としてＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等がバスを介して相互に接続されたマイクロコンピュータで構成できる。マイクロコンピュータには記憶装置が接続される。記憶装置には、第１判断手段１８及び第２判断手段２０の判断基準となる判断基準、各種マッチング手法が記憶される。記憶装置は、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）やＤＶＤ（Digital Versatile Disk）ドライブ、ＣＤ−Ｒ（Compact Disc-Recordable）ドライブ、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）等から構成できる。なお、ＲＯＭには、ＣＰＵが実行するプログラムやデータが格納されている。

次に、前記のように構成された位置決め装置を用いた位置決め方法を図３と図４を用いて説明する。まず、明視野照明として（ステップＳ１）、パターンマッチング（形状ベースマッチング）を行う（ステップＳ２）。そして、このパターンマッチングでの認識が成功か否か判断する（ステップＳ３）。すなわち、ピックアップ対象のチップ１の位置が正常に検出されたならば、認識成功として、終了する。チップ１の位置が正常に検出されなければ、ステップＳ４へ移行する。

ステップＳ４では、最大変形マッチングを行う。その後は、ステップＳ５へ移行して認識が成功か否か判断する。すなわち、ピックアップ対象のチップ１の位置が正常に検出されたならば、認識成功として、終了する。チップ１の位置が正常に検出されなければ、ステップＳ６へ移行する。

ステップＳ６では、正規化相関マッチングを行う。その後は、ステップＳ７へ移行して認識が成功か否か判断する。すなわち、ピックアップ対象のチップ１の位置が正常に検出されたならば、認識成功として、終了する。チップ１の位置が正常に検出されなければ、図４のステップＳ８へ移行する。

ステップＳ８では、形状ベースマッチング、最大変形マッチング、及び正規化相関マッチングが実行済みか否かを判断する。これらの手法が実行されていればステップＳ９へ移行する。これらの手法が実行されていなければ、ステップＳ２へ移行する。なお、この判断では、３つのマッチング手法のうち、なにが行われていないがわかれば、その行われていないものもみを行うようにしてもよい。すなわち、３つのマッチング手法がすべて行われて、認識成功とならなければ、ステップＳ９へ移行する。

ステップＳ９では、照明を明視野照明から暗視野照明に切り換える。その後、ステップＳ１０へ移行して、パターンマッチング（形状ベースマッチング）を行う。そして、このパターンマッチングでの認識が成功か否か判断する（ステップＳ１１）。すなわち、ピックアップ対象のチップ１の位置が正常に検出されたならば、認識成功として、終了する。チップ１の位置が正常に検出されなければ、ステップＳ１２へ移行する。

ステップＳ１２では、最大変形マッチングを行う。その後は、ステップＳ１３へ移行して認識が成功か否か判断する。すなわち、ピックアップ対象のチップ１の位置が正常に検出されたならば、認識成功として、終了する。チップ１の位置が正常に検出されなければ、ステップＳ１４へ移行する。

ステップＳ１４では、正規化相関マッチングを行う。その後は、ステップＳ１５へ移行して認識が成功か否か判断する。すなわち、ピックアップ対象のチップ１の位置が正常に検出されたならば、認識成功として、終了する。チップ１の位置が正常に検出されなければ、ステップＳ１６へ移行する。

ステップＳ１６では、形状ベースマッチング、最大変形マッチング、及び正規化相関マッチングが実行済みか否かを判断する。これらの手法が実行されていれば認識不成功として終了する。これらの手法が実行されていなければ、ステップＳ１０へ移行する。なお、この判断では、３つのマッチング手法のうち、なにが行われていないがわかれば、その行われていないものもみを行うようにしてもよい。すなわち、３つのマッチング手法がすべて行われて、認識成功となっていなければ、認識不成功として終了する。

前記実施形態では、まず、明視野照明でもって、複数種のマッチング手法を行うことができ、この際、いずれかのマッチング手法で認識成功となれば、検索対象物の位置決めが可能となる。また、この複数種のマッチング手法で認識成功しない場合、異なる照明（暗視野照明）に切り換えて、再度複数種のマッチング手法を行うことができる。この際、いずれかのマッチング手法で認識成功となれば、検索対象物の位置決めが可能となる。

このため、本発明の位置決め方法では、マッチング手法として、種々のものを用いることが可能で、種々の検索対象物Ｗに対して最適なマッチング手法を実行可能となる。また、検索対象物Ｗによっては、明視野照明では認識成功しないが、暗視野照明では認識成功するもの、逆に暗視野照明では認識成功しないが、明視野照明では認識成功するものがあるが、このようなものであっても、両方の照明でもってマッチング手法を実行可することができる。したがって、認識成功の確率は極めて高いものとなる。このため、対象パターンが不安定であっても、傾いていても認識成功し易いものとなり、高精度の位置決めを行うことができる。

複数種のマッチング手法を順次やっていき、認識成功すれば、その時点でマッチングが終了するものであるので、選択するマッチング手法として、処理時間が短い手法から順次行うようにすれば、全体としての処理時間を短くでき、作業効率に優れた位置決めを行うことができる。

本発明のダイボンダでは、高精度の位置決めを行うことができ、安定したボンディング工程が可能となる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、前記実施形態では、明視野照明で行った後、暗視野照明に切り換えるものであったが、逆に、暗視野照明で行った後、明視野照明に切り換えるものであってもよい。また、マッチング手法の実行の順番としても、前記実施形態のものに限らない。さらには、マッチング手法としても、他のマッチング手法を加えてもよい。すなわち、他のマッチング手法として、形状ベースマッチングにおいてパタメータ（認識パラメータ）を変更したもの、対象物の特定の位置におけるエッジを検出するエッジマッチング等がある。認識パラメータを変更（変化）させたものでは、より細かくパターンの検索を行うことができる。変更パラメータとして、極性反転、重み付け、最小スコア等がある。エッジ検出では、形状全体が位置決めモデルとして利用できない場合や特定の点を位置決め基準に設定する場合に用いることができる。

１３ 照明装置
１６ 照明手段
１７ 処理手段
１８ 第１判断手段
１９ 制御手段
２０ 第２判断手段
２２ 明視野照明
２３ 暗視野照明
Ｗ 検索対象物

Claims (10)

1. 検索対象物の位置を特定する位置決め方法であって、
   検索対象物に対して明視野照明又は暗視野照明のいずれかの初期照明を行い、その状態で、複数種のマッチング手法を順次行って、認識処理が成功した時点で次のマッチング手法を行うことなくこの検索対象物の認識処理を終了し、マッチング手法の全種類を行っても認識処理が成功しないときには、前記初期照明を異なる視野照明に切換え、その状態で、複数種のマッチング手法を順次行って、認識処理が成功した時点で次のマッチング手法を行うことなくこの検索対象物の認識処理を終了し、マッチング手法の全種類を行っても認識処理が成功しないときには、この検索対象物の認識処理失敗とすることを特徴とする位置決め方法。
2. 複数種のマッチング手法には、検索対象物の形状パターンを位置決めモデルにする形状ベースマッチングのパターンマッチングを少なくとも含むことを特徴とする請求項１に記載の位置決め方法。
3. 複数種のマッチング手法には、検索対象物の形状パターンを位置決めモデルにする形状ベースマッチングと、この形状ベースマッチングに形状変化に対する許容量を大きく設定した最大変形マッチングとを少なくとも含むことを特徴とする請求項１に記載の位置決め方法。
4. 複数種のマッチング手法には、検索対象物の形状パターンを位置決めモデルにする形状ベースマッチングと、領域内の各画素での輝度値を正規化して位置決めモデルを形成する正規化相関マッチングとを少なくとも含むことを特徴とする請求項１に記載の位置決め方法。
5. 複数種のマッチング手法には、索対象物の形状パターンを位置決めモデルにする形状ベースマッチングと、この形状ベースマッチングに形状変化に対する許容量を大きく設定した最大変形マッチングと、領域内の各画素での輝度値を正規化して位置決めモデルを形成する正規化相関マッチングとを少なくとも含むことを特徴とする請求項１に記載の位置決め方法。
6. 初期照明が明視野照明であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の位置決め方法。
7. 初期照明が暗視野照明であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に位置決め方法。
8. マッチング手法は、処理時間が短い手法から順次行うことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に位置決め方法。
9. 検索対象物の位置を特定する位置決め装置であって、
   明視野照明と暗視野照明のいずれかで検索対象物を照明することが可能な照明手段と、 複数種のマッチング手法から順次一つのマッチング手法が選択されてその選択されたマッチング手法での認識処理を行う処理手段と、
   選択されたマッチング手法での認識処理が成功したか否かを判断する第１判断手段と、
   認識処理が成功しているとの判断で次のマッチング手法での認識処理を停止し、全種類のマッチング手法を行っても認識処理が成功していないときに、照明手段を異なる視野照明に切り換えて、再度複数種のマッチング手法を順次行って、認識処理が成功した時点で次のマッチング手法を行うことなくこの検索対象物の認識処理を終了させる制御手段と、
   １回の視野照明の切換えが行われた後に、全種類のマッチング手法を行っても認識処理が成功していないときはその検索対象物に対する認識処理が失敗と判断する第２判断手段とを備えたことを特徴とする位置決め装置。
10. 前記請求項９に記載の位置決め装置を備えたことを特徴とするダイボンダ。

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