JPH0982739A - ボンディングワイヤ検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボンディングワイヤ検査装置において、撮像
装置により得られた画像信号のワイヤトップの輝点が位
置ずれを生じた場合でもボンディングワイヤの高さを高
精度に検査できるようにする。 【解決手段】 半導体素子１１上のボンディングワイヤ
１を落射照明する照明手段３と、照明されたボンディン
グワイヤを撮像する撮像手段２と、この撮像手段によ
り、複数の高さ方向位置にその焦点面を位置させて撮像
して得られるボンディングワイヤの各焦点面の画像デー
タ中の輝点像の輝度に基づいてボンディングワイヤの高
さを得る情報処理手段６〜９とを備えたボンディングワ
イヤ検査装置において、情報処理手段は、各輝点像にお
ける輝度が最大の位置を検出し、この位置を考慮して、
ボンディングワイヤの高さを得るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子上のボ
ンディングワイヤの形状検査を行う装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、ボンディングワイヤの高さを検査
する装置としては、特開平７−６３５３０号公報に記載
されているように、ボンディングワイヤを照明装置から
の光束で落射照明した半導体素子上のボンディングワイ
ヤからの反射光を、撮像装置の高さを変えながら複数画
像撮像し、これらの画像信号のワイヤトップの輝点の輝
度変化を画像処理することによって、ワイヤ高さを算出
するボンディングワイヤ検査装置が提案されている。

【０００３】また、同公報では、ボンディングワイヤの
トップ位置に傷があったり、トップ位置がキャピラリま
たはワイヤガイドとの摩擦により平面状に削られて、ワ
イヤトップの輝点が他のワイヤと比較して小さく暗い場
合や大きく明るすぎて輝度信号が飽和する場合、あるい
は高さをあらかじめ設定した位置で撮像して画像を得る
際に捕捉範囲外となってワイヤの高さを算出できない場
合には、照明光量や撮像装置の基準高さ、撮像高さ送り
量、撮像画面数等の高さ測定に関する設定条件を自動的
に設定し直し、再設定された条件下で、再度画像を撮像
し、ボンディングワイヤの高さを算出するようにしたボ
ンディングワイヤ検査装置が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ボンデ
ィングワイヤのトップ位置に傷があったり、トップ位置
がキャピラリまたはワイヤガイドとの摩擦等により平面
状に削られている場合は、画像撮像時の撮像装置の高さ
によって輝点中心の位置が異なる場合がある。例えば画
像撮像時の高さの低い方から高い方へ画像の輝点の動き
を見ると、ある一定の方向に輝点の中心がずれていくこ
とがある。したがって本来、画像処理によって輝点中心
の輝度変化量を算出しなければならないが、上記従来技
術では、撮像装置内の撮像素子面における同一座標軸上
での輝度変化量を算出しているため、輝点のずれが生じ
ると本来算出するべき輝点の輝度変化量を得ることがで
きない。また、これが測定精度の劣化を引き起こす原因
になるという問題点がある。本発明の目的は、この従来
技術の問題点に鑑み、ボンディングワイヤ検査装置にお
いて、撮像装置により得られた画像信号のワイヤトップ
の輝点が位置ずれを生じた場合でもボンディングワイヤ
の高さを高精度に検査できるようにすることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明では、半導体素子上のボンディングワイヤを落射
照明する照明手段と、照明された前記ボンディングワイ
ヤを撮像する撮像手段と、この撮像手段により、複数の
高さ方向位置にその焦点面を位置させて撮像して得られ
る前記ボンディングワイヤの各焦点面の画像データ中の
輝点像の輝度に基づいて前記ボンディングワイヤの高さ
を得る情報処理手段とを備えたボンディングワイヤ検査
装置において、前記情報処理手段は、前記各輝点像にお
ける輝度が最大の位置を検出し、この位置を考慮して、
前記ボンディングワイヤの高さを得るものであることを
特徴とする。

【０００６】

【作用】これによれば、各焦点面の輝点像における輝度
が最大の位置を検出し、この位置を考慮してボンディン
グワイヤの高さを得るようにしたため、ボンディングワ
イヤの表面形状により焦点位置に応じて輝度のピーク位
置が変化するような場合でも、ボンディングワイヤの高
さが高精度で得られる。

【０００７】

【実施例】

［実施例１］図１は、本発明の第１の実施例に係るボン
ディングワイヤ検査装置を示すブロック図である。同図
において、１は半導体素子上のボンディングワイヤ、２
は光学顕微鏡等の結像系とＣＣＤカメラ等の撮像系から
構成される撮像装置、３はボンディングワイヤ１を落射
照明する光源を備える照明装置、４は照明装置３からの
光をボンディングワイヤ１に垂直に入射させるためのハ
ーフミラー、５は撮像装置２を水平および垂直方向に移
動するためのＸＹＺステージ、６は撮像装置２からの画
像信号を処理する画像処理装置、７はシステム全体の制
御を行う中央制御装置、８は中央制御装置７の結果表示
を行う表示装置、９は中央制御装置７に対して入力を行
う入力装置である。

【０００８】照明装置３から照射された照明光は、ハー
フミラー４を介してボンディングワイヤ１に対して垂直
に入射する（落射照明）。ボンディングワイヤ１は、通
常直径が数十μｍの金線あるいはアルミ線であり、図２
に示すようなループ形状をしているので、撮像装置２の
光軸に沿って落射照明されるとボンディングワイヤのト
ップの水平な部分からの反射光が、ボンディングワイヤ
１の上方に取り付けられた撮像装置２によって、周辺よ
りも高い輝度の輝点像として撮像される。撮像装置２で
撮像された画像信号は、画像処理装置６で演算処理され
る。

【０００９】一方、撮像装置２はＸＹＺステージ５に取
り付けられており、その光軸方向の高さを変えることに
よって、撮像装置２は異なった焦点面の像を撮像する。
その画像信号を順次画像処理装置６で演算処理し、これ
により画像処理装置６はボンディングワイヤ１のループ
高さを算出する。画像処理装置６はこのようにして、中
央制御装置７からの指令により、ＸＹＺステージ５を移
動しながら全てのボンディングワイヤ１に対して高さを
算出し、その結果を中央制御装置７は表示装置８に出力
する。

【００１０】図３は、落射照明を用いて撮像された画像
の例を示す。同図に示すように、ボンディングワイヤ１
のトップの水平な部分１３が高輝度で撮像される。この
部分を輝点と呼ぶ。図４はボンディングワイヤ１と、撮
像装置２との高さの関係を表した図である。同図におい
て、Ｆ１〜Ｆ５は撮像装置２の結像系の焦点面を示して
おり、撮像装置２を垂直方向に移動させながら、Ｆ１〜
Ｆ５の各焦点面での画像を撮像する。撮像された画像か
らボンディングワイヤ１の輝点１３を見つけ、輝点１３
の各焦点面での輝度変化からボンディングワイヤ１のト
ップの高さを算出する。

【００１１】図１１は、ボンディングワイヤ１のループ
高さ（トップの高さ）を得る処理のフローチャートであ
る。この処理を開始すると、まず、各焦点面Ｆ１〜Ｆ５
での画像を撮像して得られる画像信号を画像処理装置６
の内部の記憶装置に順次記憶し、５画面分の画像信号を
記憶する（ステップＳ１〜Ｓ５）。５画面分の焦点面の
高さ間隔は不等間隔であっても良いが、ここでは処理を
簡素化するために等間隔としている。また、焦点面Ｆ１
〜Ｆ５は、入力装置９を用いてあらかじめ入力された設
計上のボンディングワイヤ１のトップ高さに真中の焦点
面、すなわち焦点面Ｆ３が合うように、中央制御装置７
によって制御している。

【００１２】次に、画像処理装置６に記憶されたＦ１〜
Ｆ５の５画面分の画像から、ボンディングワイヤ１の輝
点を見つける（ステップＳ６）。具体的には、図５で示
したように全ての焦点面に、画像処理装置６に対して輝
点の予想される撮像画面上の位置に輝点抽出用ウィンド
ウ１５を設け、ウィンドウ内で周辺が暗く中心部の明る
い形状を抽出する。本実施例においては、高さ方向の精
度向上のため、撮像装置２は焦点深度の浅い結像系を用
いたものであるため、焦点面Ｆ１〜Ｆ５の全ての画像上
で輝点が見つかるわけではない。したがって、撮像の順
序を限定するものではないが、例えば焦点面Ｆ３、Ｆ
４、Ｆ２、Ｆ５、Ｆ１の順に中央から外側に向かう順番
で輝点を探していき、輝点を見つけた時点でこの処理を
終了する。次に、輝点の見つかった焦点面に対して輝点
のずれを補正する処理を行う（ステップＳ７）。図１２
は、この処理を示すフローチャートである。図６（ａ）
は、ワイヤ表面が削られている場合のボンディングワイ
ヤ１の断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のワイ
ヤ像を撮像手段によって撮像したときの、各焦点面Ｆ１
〜Ｆ５の画像を示している。ここでは、説明の簡素化の
ため、焦点面Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４で輝点が抽出されたとし
て説明する。また、輝点のずれ方向は、ワイヤ方向、ま
たはワイヤと直角方向のどちらでも良いが、通常、輝点
はワイヤと直角方向にずれるので、ここでは、ワイヤと
直角方向についての補正方法を説明する。

【００１３】輝点ずれの補正処理を開始すると、まず、
中央制御装置６にあらかじめ入力された、第１ボンド２
２および第２ボンド２３（図２参照）の座標から、ワイ
ヤの直角方向を算出する。そして、輝点の見つかった全
ての焦点面で、ワイヤの直角方向にワイヤエッジ検出ラ
イン１６（図３）を設ける。エッジ検出ライン１６に沿
って輝度変化量を計算し、変化量のピーク位置をワイヤ
のエッジとする。このとき、撮像装置２の焦点がワイヤ
１の高さに合っていれば、ワイヤのエッジ部分は、明暗
の差がはっきりし、焦点の合っていない他の焦点面と比
較して、ワイヤエッジ部の輝度変化量が大きな値とな
る。例えば焦点面Ｆ３が、他の焦点面と比較して、ワイ
ヤエッジ部の輝度変化量が大きいとき、焦点面Ｆ３がワ
イヤ１の高さに一番近い焦点面といえる。

【００１４】このようにして、ステップＳ７１におい
て、例えば焦点面Ｆ３がワイヤ１の高さに一番近い焦点
面であると特定できたとすると、図７で示すように、焦
点面Ｆ３の画像から輝点１３を２値化処理し（ステップ
Ｓ７２）、輝点１３の重心１７を算出する（ステップＳ
７５）。そして画像処理装置６内部の記憶装置に記憶し
ていた焦点面Ｆ３の多値化画像において、重心１７を通
り、ワイヤ方向に直角な輝度検出ライン１８を設ける
（ステップＳ７６）。

【００１５】もしステップＳ７１において、輝点の見つ
かった全ての焦点面で、ワイヤのエッジ部分の明暗の差
がはっきりしない、各焦点面のワイヤエッジ部の輝度変
化量の差が認められない等の理由でワイヤ１の高さに一
番近い焦点面を特定できない場合は、各焦点面Ｆ２、Ｆ
３、Ｆ４で抽出された輝点１３の２値化処理を行い論理
和をとる（ステップＳ７３、Ｓ７４）。そして、図８で
示しているように、論理和された輝点１９の重心１７を
算出し（ステップＳ７５）、重心１７を通るワイヤ方向
に直角な輝度検出ライン１８を設ける（ステップＳ７
６）。

【００１６】輝度検出ライン１８を使用して、輝点の抽
出された各焦点面Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４で輝点の中心を見つ
ける処理を行う（ステップＳ７７〜Ｓ７９）。図９は、
輝度検出ライン１８に沿って輝点１３の輝度を検出した
ときの、各焦点面Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４の輝度変化を表した
ものである。輝点の中心は輝度が一番高くなるので各焦
点面における輝点中心の輝度は、極大値Ｉ２、Ｉ３、Ｉ
４となる。輝点中心座標２１は、極大値Ｉ２、Ｉ３、Ｉ
４に対応する輝度検出ライン１８上の座標Ｘ２、Ｘ３、
Ｘ４として求められる（ステップＳ７７）。また、高さ
情報を得るために図１０のように各焦点面の輝点に３×
５ピクセルの処理用ウィンドウ２０を設ける（ステップ
Ｓ７８）。この焦点面Ｆ２からＦ４までの各ピクセルの
輝度変化が次の処理（図１１のステップＳ８）で求めら
れることになる。

【００１７】本実施例では図６で示したように各焦点面
において輝点のずれが生じているので、焦点面Ｆ２から
Ｆ４までの各ピクセルの正確な輝度変化を求めるには、
処理用ウィンドウ２０をずれた輝点に合わせて設定しな
ければならない。そこで、画像処理装置６は図７の処理
で輝点中心座標２１を自動追跡、捕捉し、処理用ウィン
ドウ２０の中心が輝点中心座標２１に重なるようにウィ
ンドウを設定することで、高さ情報である各ピクセルの
正確な輝度変化をステップＳ８において求めることがで
きる。

【００１８】次に、各ピクセルの輝度変化に対し、次の
３つの試験を行い最適な輝度変化を示すピクセルを最適
ピクセルとして抽出する（ステップＳ９）。 試験１．輝度の高いピクセルを抽出する。 試験２．各焦点面間での輝度変化の大きいピクセルを抽
出する。 試験３．Ｆ１〜Ｆ５全ての焦点面で輝点が抽出された場
合は、輝度変化のピークがＦ２〜Ｆ４に存在するピクセ
ルを抽出する。

【００１９】この３つの試験にパスした各焦点面に共通
のピクセルの各焦点面間での輝度変化を例えば２次曲線
補間し、そのピーク位置の高さをワイヤ高さとして算出
する（ステップＳ１０）。そして、すべてのボンディン
グワイヤの高さ測定を終了したか否かを判定し（ステッ
プＳ１１）、終了していない場合はステップＳ１に戻
り、終了の場合は、ワイヤループの高さ測定処理を終了
する。

【００２０】［実施例２］第１の実施例では、輝点中心
２１を求めた焦点面処理用ウィンドウ２０を設定して高
さ情報を得ているが、ここでは、処理用ウィンドウ２０
を使用しないで高さ情報を得る方法を説明する。また、
本実施例では、説明の簡素化のため、焦点面Ｆ２、Ｆ
３、Ｆ４で輝点が抽出されたとして説明する。

【００２１】第１の実施例で求められた輝度検出ライン
１８で得られた最大輝度時の位置座標すなわち輝点中心
座標２１をｘ、最大輝度をｉとする。したがって、それ
ぞれ焦点面Ｆ２ではｘ₂ ，ｉ₂ 、焦点面Ｆ３ではｘ₃ ，
ｉ₃ 、および焦点面Ｆ４ではｘ₄ ，ｉ₄ となる。そし
て、各焦点面の輝度中心座標に対する最大輝度の値を例
えば２次曲線で近似すると図１３のように表すことがで
きる。また、焦点面Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４の高さは中央制御
装置７において既知なので、焦点面を高さ情報に変換
し、各焦点面に対する輝点中心座標を例えば２次曲線な
どで近似すると図１４のように表すことができる。

【００２２】輝度は、ボンディングワイヤ１のトップ位
置に撮像装置２の焦点が合っているときに最大となるの
で、図１３における極大値ｉ_max に対応する座標Ｘ_max
が、ワイヤトップの輝点中心座標となる。したがって、
輝点中心座標ｘ_max に対応する焦点面の高さとして、図
１４からボンディングワイヤ１のトップ位置の高さＨを
求めることができる。

【００２３】［実施例３］上記第１および第２の実施例
では、ワイヤに直角方向の輝点ずれについて説明してい
るが、輝度検出ラインを、輝点重心を通るようにワイヤ
方向に設ければ、ワイヤ方向の輝点ずれにも対応でき
る。また、輝度変化ラインを、輝点重心を通るようにワ
イヤの直角方向とワイヤ方向の両方に設ければ、全ての
方向における輝点ずれにも対応できるということは言う
までもない。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ボ
ンディングワイヤのトップ位置に傷があったり、トップ
位置がキャピラリまたはワイヤガイドとの摩擦により平
面状に削られて発生する輝点のずれを輝点撮像面の各焦
点面の輝点の中心位置を追跡して補正することにより、
ボンディングワイヤのトップ位置の高さを高精度に測定
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例に係るボンディングワ
イヤ検査装置を示すブロック図である。

【図２】 ボンディングワイヤを示す斜視図である。

【図３】 図１の撮像装置で撮像された画像とエッジ検
出ラインを示す平面図である。

【図４】 図１の装置におけるワイヤと撮像装置の高さ
の関係を示す図である。

【図５】 図１の装置におけるワイヤの輝点を撮像装置
で抽出する際のウィンドウを示す図である。

【図６】 ワイヤの表面が削られている場合の断面図、
およびワイヤ上の輝点のずれを示す図である。

【図７】 図１の装置におけるワイヤ高さに一番近い焦
点面を特定できたときの輝度検出ラインを示す図であ
る。

【図８】 図１の装置におけるワイヤ高さに一番近い焦
点面を特定できないときの輝度検出ラインを示す図であ
る。

【図９】 図１の装置における各焦点面における輝度変
化を示す図である。

【図１０】 図１の装置において、輝点の処理を行うウ
ィンドウを示す図である。

【図１１】 図１の装置における処理方法を示すフロー
チャートである。

【図１２】 図１１における輝点の位置ずれ補正処理手
順を示すフローチャートである。

【図１３】 図１の装置における各焦点面の輝点中心座
標に対する輝度を２次曲線で近似した様子を示す図であ
る。

【図１４】 図１の装置における焦点面の高さと輝点中
心座標との関係を２次曲線で近似した様子を示す図であ
る。

【符号の説明】 １：ボンディングワイヤ、２：撮像装置、３：照明装
置、４：ハーフミラー、５：ＸＹＺステージ、６：画像
処理装置、７：中央制御装置、８：表示装置、９：入力
装置、１０：パッド、１１：半導体チップ、１２：イン
ナーリード、１３：輝点、１４：撮像装置の焦点面、１
５：輝点抽出ウィンドウ、１６：エッジ検出ライン、１
７：輝点重心、１８：輝度検出ライン、１９：論理和さ
れた輝点、２０：処理用ウィンドウ、２１：輝点中心、
２２：第１ボンド、２３：第２ボンド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子上のボンディングワイヤを落
   射照明する照明手段と、照明された前記ボンディングワ
   イヤを撮像する撮像手段と、この撮像手段により、複数
   の高さ方向位置にその焦点面を位置させて撮像して得ら
   れる前記ボンディングワイヤの各焦点面の画像データ中
   の輝点像の輝度に基づいて前記ボンディングワイヤの高
   さを得る情報処理手段とを備えたボンディングワイヤ検
   査装置において、前記情報処理手段は、前記各輝点像に
   おける輝度が最大の位置を検出し、この位置を考慮し
   て、前記ボンディングワイヤの高さを得るものであるこ
   とを特徴とするボンディングワイヤ検査装置。