JP2021052158A

JP2021052158A - ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法

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Publication number: JP2021052158A
Application number: JP2020007451A
Authority: JP
Inventors: 成俊田辺; Shigetoshi Tanabe; 宜司伊藤; Takashi Ito; 下川　一生; Kazuo Shimokawa; 一生下川; 啓東條; Hiroshi Tojo
Original assignee: Toshiba Corp; Kioxia Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Kioxia Corp
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2021-04-01
Anticipated expiration: 2040-01-21
Also published as: JP7488656B2; TWI771750B; TW202119511A; KR102536694B1; KR20210033909A; CN112951732A

Abstract

【課題】被接合部とワイヤとの間の接合不良の発生を抑制できるワイヤボンディング装置を提供する。【解決手段】実施形態に係るワイヤボンディング装置は、被接合部にワイヤを押し当てた状態で超音波振動を発生させることで、前記被接合部に前記ワイヤを接合させるワイヤボンディング装置であって、被接合部にワイヤを接触させて荷重をかけるボンディングツールと、超音波振動を発生させる超音波ホーンと、前記ボンディングツールから前記被接合部にかかる荷重を連続的に検出する荷重センサと、前記ボンディングツール及び前記超音波ホーンの動作を制御する制御部と、を備えている。前記制御部は、前記ワイヤが前記被接合部に接触してから前記超音波振動を発生させるまでの間に前記荷重センサから出力された前記荷重のデータを解析し、解析結果に基づいて、前記ボンディングツール及び前記超音波ホーンの動作を制御する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法に関する。

ワークの被接合部にワイヤを接合させるワイヤボンディング装置が知られている（特許文献１）。このようなワイヤボンディング装置において、被接合部とワイヤとの間の接合不良の発生を抑制することが求められる。

特開平１０−９８０６４号公報

本発明が解決しようとする課題は、被接合部とワイヤとの間の接合不良の発生を抑制できるワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法を提供することである。

実施形態に係るワイヤボンディング装置は、被接合部にワイヤを押し当てた状態で超音波振動を発生させることで、前記被接合部に前記ワイヤを接合させるワイヤボンディング装置であって、被接合部にワイヤを接触させて荷重をかけるボンディングツールと、超音波振動を発生させる超音波ホーンと、前記ボンディングツールから前記被接合部にかかる荷重を連続的に検出する荷重センサと、前記ボンディングツール及び前記超音波ホーンの動作を制御する制御部と、を備えている。前記制御部は、前記ワイヤが前記被接合部に接触してから前記超音波振動を発生させるまでの間に前記荷重センサから出力された前記荷重のデータを解析し、解析結果に基づいて、前記ボンディングツール及び前記超音波ホーンの動作を制御する。

実施形態に係るワイヤボンディング装置を模式的に表す概略図である。実施形態に係るワイヤボンディング装置の一部を模式的に表す概略図である。ワイヤボンディングを行う際に荷重センサから出力される荷重信号波形の一例を示すグラフである。ワイヤボンディングを行う際に荷重センサから出力される荷重信号波形の別の一例を示すグラフである。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、判定値の算出方法の一例を示す説明図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に表した判定値の算出方法の変形例を示す説明図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、判定値の算出方法の別の一例を示す説明図である。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、判定値の算出方法の別の一例を示す説明図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、判定値の算出方法の別の一例を示す説明図である。実施形態に係るワイヤボンディング方法の一例を示すフローチャートである。実施形態に係るワイヤボンディング方法の別の一例を示すフローチャートである。実施形態に係るワイヤボンディング方法の別の一例を示すフローチャートである。

以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、実施形態に係るワイヤボンディング装置を模式的に表す概略図である。
図２は、実施形態に係るワイヤボンディング装置の一部を模式的に表す概略図である。
図１及び図２に表したように、実施形態に係るワイヤボンディング装置１００は、ボンディングヘッド１０と、ＸＹステージ２０と、ボンディングステージ３０と、荷重センサ４０と、制御部５０と、を備えている。

ボンディングヘッド１０は、ボンディングツール１１と、超音波ホーン１２と、ボンディングアーム１３と、駆動部１４と、を有している。

ボンディングツール１１は、接合材となるワイヤ３を繰り出す。ボンディングツール１１は、例えば、ボンディングキャピラリである。ワイヤ３は、例えば、アルミニウム線、金線、銀線、または銅線などである。ボンディングツール１１は、ボンディングステージ３０に載置されたワーク１の被接合部２にワイヤ３を接触させて、被接合部２に荷重をかける。

超音波ホーン１２は、超音波振動を発生させる。超音波ホーン１２は、超音波振動を発生させる超音波振動子を有する。超音波ホーン１２は、ボンディングツール１１を支持している。超音波ホーン１２から発生した超音波振動は、ボンディングツール１１を介して、ワイヤ３に伝達される。被接合部２にワイヤ３が接触した状態で、ワイヤ３に超音波振動が伝達されることで、被接合部２にワイヤ３が接合される。超音波ホーン１２は、制御部５０と電気的に接続されている。

ボンディングアーム１３は、超音波ホーン１２を支持している。つまり、ボンディングアーム１３は、超音波ホーン１２を介して、ボンディングツール１１を支持している。ボンディングアーム１３は、軸部１３ａを中心にして回動可能に設けられている。

駆動部１４は、軸部１３ａを中心としてボンディングアーム１３をＺ方向に駆動させる。駆動部１４は、例えば、リニアモータである。ボンディングアーム１３がＺ方向に移動することで、ボンディングアーム１３により支持されたボンディングツール１１及び超音波ホーン１２は、Ｚ方向に移動する。ボンディングツール１１がＺ方向に移動することで、被接合部２にワイヤ３を接触させてボンディングツール１１から荷重をかけることができる。駆動部１４は、制御部５０と電気的に接続されている。

なお、本願明細書では、ボンディングツール１１とワーク１とを結ぶ方向をＺ方向とする。Ｚ方向に直交する方向をＸ方向とする。Ｚ方向及びＸ方向に直交する方向をＹ方向とする。

ボンディングヘッド１０は、ＸＹステージ２０に搭載されている。ＸＹステージ２０は、Ｘ方向及びＹ方向に移動可能である。ＸＹステージ２０がＸ方向及びＹ方向に移動することで、ボンディングヘッド１０は、Ｘ方向及びＹ方向に移動する。つまり、ＸＹステージ２０は、ボンディングヘッド１０に設けられたボンディングツール１１などのＸ方向及びＹ方向の位置決めをする位置決め手段として機能する。ＸＹステージ２０は、制御部５０と電気的に接続されている。

ボンディングステージ３０は、ワイヤボンディングの対象であるワーク１を支持する。ボンディングステージ３０は、例えば、ワーク１を吸着することで支持する。ワーク１は、例えば、ＩＣチップなどの半導体チップまたは基板である。被接合部２には、例えば、バンプ２ａが設けられている。

荷重センサ４０は、ボンディングツール１１からワーク１の被接合部２にかかる荷重を連続的に検出する。荷重センサ４０は、例えば、ひずみゲージを有する。荷重センサ４０は、ボンディングツール１１のワーク１側の先端にかかる荷重を検出するものであってもよい。この例では、荷重センサ４０は、ボンディングアーム１３に取り付けられている。荷重センサ４０は、制御部５０と電気的に接続されている。荷重センサ４０は、検出した荷重のデータを制御部５０に出力する。

制御部５０は、超音波ホーン１２、駆動部１４、及び、ＸＹステージ２０の動作を制御する。制御部５０は、超音波ホーン１２を制御することで、超音波ホーン１２から発生させる超音波振動の出力を制御することができる。

制御部５０は、駆動部１４の動作を制御することで、ボンディングツール１１の動作を制御することができる。より具体的には、制御部５０は、駆動部１４を制御してボンディングアーム１３をＺ方向に駆動させることで、ボンディングツール１１のＺ方向の位置を制御することができる。これにより、制御部５０は、ボンディングツール１１から被接合部２にかかる荷重の大きさを制御することができる。

制御部５０は、ＸＹステージ２０の動作を制御することで、ボンディングツール１１の動作を制御することができる。より具体的には、制御部５０は、ＸＹステージ２０を制御してボンディングヘッド１０をＸ方向及びＹ方向に駆動させることで、ボンディングツール１１のＸ方向及びＹ方向の位置を制御することができる。

また、制御部５０は、荷重センサ４０から出力された荷重のデータを解析し、解析結果に基づいて、ボンディングツール１１及び超音波ホーン１２の動作を制御する。制御部５０における荷重のデータの解析及びこれに基づいた制御については、後述する。

図２に表したように、ワイヤボンディング装置１００は、ボンディングステージ３０に載置されたワーク１の被接合部２に、ボンディングツール１１から繰り出されるワイヤ３を押し当てた状態で、超音波ホーン１２から超音波振動を発生させることで、被接合部２にワイヤ３を接合させる。

図３は、ワイヤボンディングを行う際に荷重センサから出力される荷重信号波形の一例を示すグラフである。
図４は、ワイヤボンディングを行う際に荷重センサから出力される荷重信号波形の別の一例を示すグラフである。
図３及び図４では、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が良好な場合の荷重信号波形を実線で表しており、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が不良の場合の荷重信号波形を破線で表している。荷重信号波形は、時間に対する荷重（荷重信号）の大きさの変化を表している。

ボンディングツール１１を被接合部２に向かってＺ方向に移動（降下）させると、時点ｔ１において、ボンディングツール１１に保持されたワイヤ３が被接合部２に接触する。ワイヤ３が被接合部２に接触すると、荷重センサ４０によって検出される荷重が増加しはじめる。ボンディングツール１１をさらに降下させると、荷重センサ４０において検出される荷重は、増加していき、時点ｔ２に達する。時点ｔ２は、超音波ホーン１２から超音波振動を発生させながら、所定の荷重が被接合部２に加わるようにボンディングツール１１で、ワイヤ３を被接合部２に接合させる接合動作を開始する時点である。時点ｔ２は、例えば、荷重の値が所定値以上になった時点である。時点ｔ２は、例えば、ボンディングツール１１のＺ方向の位置が所定位置以下になった時点としてもよい。時点ｔ２は、例えば、ボンディングツール１１のＺ方向の移動速度が所定値以下になった時点としてもよい。接合動作が開始されると、荷重センサ４０において検出される荷重は、図３のように減少していき、時点ｔ３と時点ｔ４との間において横ばいになる。また、接合条件によっては、荷重センサ４０において検出される荷重は、図４にように増加していき、時点ｔ３と時点ｔ４との間において横ばいになる場合もある。時点ｔ４に達すると、ボンディングツール１１を被接合部２から離すようにＺ方向に移動（上昇）させて、ワイヤ３を切断する（ワイヤカット）。ワイヤカットを行うと、荷重センサ４０において検出される荷重は、ゼロになる。

図３及び図４に表したように、時点ｔ１から時点ｔ２までの間において、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が良好な場合の荷重信号波形（実線）は、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が不良の場合の荷重信号波形（破線）と異なる。ワイヤ３の被接合部２への接合状態が良好な場合、荷重は、例えば、図３及び図４に表したように、時点ｔ１から時点ｔ２までの間において、変曲しながら増加する。一方、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が不良の場合、荷重は、例えば、図３及び図４に表したように、時点ｔ１から時点ｔ２までの間において、変曲せずに増加する。

このような時点ｔ１から時点ｔ２までの間における荷重信号波形の違いは、例えば、被接合部２の状態の違いにより生じると考えられる。特に、被接合部２にバンプ２ａが形成されている場合、時点ｔ１から時点ｔ２までの間における荷重信号波形の違いは、例えば、バンプ２ａの高さや形状などにより生じると考えられる。

実施形態において、制御部５０は、ワイヤ３が被接合部２に接触してから超音波振動を発生させるまでの間（時点ｔ１から時点ｔ２までの間）に荷重センサ４０によって検出された荷重から判定値を算出し、判定値に基づいて、ボンディングツール１１及び超音波ホーン１２の動作を制御する。判定値の算出方法については、後述する。

より具体的には、制御部５０は、判定値が予め設定された基準範囲内の場合には、接合動作を行う。また、制御部５０は、例えば、判定値が基準範囲外の場合には、接合動作を行わずに、ボンディングツール１１及び超音波ホーン１２の動作を停止させる。制御部５０は、例えば、判定値が基準範囲外の場合には、接合動作を行った後に、ボンディングツール１１及び超音波ホーン１２の動作を停止させてもよい。

また、制御部５０は、例えば、判定値が基準範囲内の場合には、接合動作を第１条件で行い、判定値が基準範囲外の場合には、接合動作を第１条件と異なる第２条件で行ってもよい。この場合、第１条件と第２条件とは、超音波ホーン１２から発生させる超音波振動の出力、接合動作を行う時間、及び、ボンディングツール１１から被接合部２にかけられる荷重の少なくともいずれかにおいて異なる。つまり、制御部５０は、例えば、判定値が基準範囲外の場合には、接合動作を行う際に、超音波ホーン１２から発生させる超音波振動の出力、接合動作を行う時間、及び、ボンディングツール１１から被接合部２にかけられる荷重の少なくともいずれかを判定値が基準範囲内の場合から変化させてもよい。

なお、制御部５０において、判定値の算出を行う部分は、各部の動作の制御を行う部分とは別に設けられていてもよい。つまり、制御部５０は、各部の動作の制御を行う制御領域と、判定値の算出を行う解析領域と、を有していてもよい。

また、制御部５０は、例えば、判定値に基づいて、ワイヤ３の被接合部２への接合状態の良否を推定してもよい。この場合、制御部５０は、接合状態の良否の推定結果を制御部５０に電気的に接続された表示部などに表示してもよい。

以下、判定値の算出方法の例について説明する。
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、判定値の算出方法の一例を示す説明図である。
図５（ａ）は、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が良好な場合の荷重信号波形を表している。一方、図５（ｂ）は、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が不良の場合の荷重信号波形を表している。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に表したように、判定値は、例えば、ワイヤ３が被接合部２に接触してから超音波振動を発生させるまでの間に荷重センサ４０によって検出される荷重信号波形の任意の時間区間における荷重の時間積分値である。

図５（ａ）及び図５（ｂ）の例では、任意の時間区間は、時点ｔａから時点ｔｂまでの間である。時点ｔａ及び時点ｔｂは、時点ｔ１から時点ｔ２までの間の任意の時点である。時点ｔａは、時点ｔ１と同じであってもよい。図５（ａ）及び図５（ｂ）において、時点ｔａから時点ｔｂまでの間における荷重の時間積分値は、斜線で表した領域の面積として表される。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に表したように、例えば、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が良好な場合の時間積分値Ｓ１は、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が不良の場合の時間積分値Ｓ２よりも大きい。この場合には、基準範囲の下限は、時間積分値Ｓ２よりも大きく、時間積分値Ｓ１よりも小さい値に設定される。また、基準範囲の上限は、時間積分値Ｓ１よりも大きい値に設定される。

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に表した判定値の算出方法の変形例を示す説明図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）では、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が良好な場合の荷重信号波形を表している。

図６（ａ）に表したように、判定値は、ワイヤ３が被接合部２に接触してから超音波振動を発生させるまでの間に荷重センサ４０によって検出される荷重信号波形の任意の時間区間における荷重の時間積分値の一部であってもよい。

図６（ａ）の例では、判定値は、例えば、Ｓ−Ｆｍｉｎ×（ｔｂ−ｔａ）で表される。Ｓは、図５（ａ）及び図５（ｂ）で表した時点ｔａから時点ｔｂまでの間における荷重の時間積分値Ｓ１またはＳ２である。Ｆｍｉｎは、時点ｔａにおける荷重の大きさである。図６（ａ）において、Ｓ−Ｆｍｉｎ×（ｔｂ−ｔａ）は、斜線で表した領域の面積として表される。

図６（ｂ）に表したように、判定値は、ワイヤ３が被接合部２に接触してから超音波振動を発生させるまでの間に荷重センサ４０によって検出される荷重信号波形の任意の時間区間における時間積分値の割合（面積比）であってもよい。

図６（ｂ）の例では、判定値は、例えば、Ｓｍ／Ｓｎで表される。Ｓｍは、例えば、図６（ａ）に表したＳ−Ｆｍｉｎ×（ｔｂ−ｔａ）である。Ｓｍは、例えば、図５（ａ）及び図５（ｂ）で表した時点ｔａから時点ｔｂまでの間における荷重の時間積分値Ｓ１またはＳ２であってもよい。図６（ｂ）において、Ｓｍは、斜線で表した領域の面積として表される。Ｓｎは、荷重信号波形上の時点ｔａにおける点Ｐと時点ｔｂにおける点Ｑとを対角に有する長方形ＳＱからＳｍを除いた領域の面積として表される。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、判定値の算出方法の別の一例を示す説明図である。
図７（ａ）は、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が良好な場合の荷重信号波形を表している。一方、図７（ｂ）は、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が不良の場合の荷重信号波形を表している。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に表したように、判定値は、例えば、ワイヤ３が被接合部２に接触してから超音波振動を発生させるまでの間に荷重センサ４０によって検出される荷重信号波形上の任意の２点を結ぶ直線と、２点間における荷重信号波形と、の間の最大距離であってもよい。

図７（ａ）及び図７（ｂ）の例では、任意の２点は、点ｐ１及び点ｐ２である。点ｐ１及び点ｐ２は、時点ｔ１から時点ｔ２までの間の荷重信号波形上の任意の点である。任意の２点を結ぶ直線は、直線Ａである。図７（ａ）及び図７（ｂ）において、判定値は、直線Ａと、点ｐ１と点ｐ２との間において直線Ａから最も離れた荷重信号波形上の点Ｘと、の間の距離Ｄで表される。なお、直線Ａに対して点Ｘが上にある場合には、距離Ｄは正の値であり、直線Ａに対して点Ｘが下にある場合には、距離Ｄは負の値である。つまり、図７（ａ）の距離Ｄ１は、正の値であり、図７（ｂ）の距離Ｄ２は、負の値である。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に表したように、例えば、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が良好な場合の距離Ｄ１は、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が不良の場合の距離Ｄ２よりも大きい。この場合には、基準範囲の下限は、距離Ｄ２よりも大きく、距離Ｄ１よりも小さい値に設定される。また、基準範囲の上限は、距離Ｄ１よりも大きい値に設定される。

図８（ａ）及び図８（ｂ）は、判定値の算出方法の別の一例を示す説明図である。
図８（ａ）は、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が良好な場合の荷重信号波形を表している。一方、図８（ｂ）は、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が不良の場合の荷重信号波形を表している。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に表したように、判定値は、例えば、ワイヤ３が被接合部２に接触してから超音波振動を発生させるまでの間に荷重センサ４０によって検出される荷重信号波形の任意の時点における荷重の大きさであってもよい。

図８（ａ）及び図８（ｂ）の例では、任意の時点ｔｃは、時点ｔ１から時点ｔ２までの間の任意の時点である。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に表したように、例えば、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が良好な場合の時点ｔｃにおける荷重の大きさＬ１は、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が不良の場合の時点ｔｃにおける荷重の大きさＬ２よりも大きい。この場合には、基準範囲の下限は、荷重の大きさＬ２よりも大きく、荷重の大きさＬ１よりも小さい値に設定される。また、基準範囲の上限は、荷重の大きさＬ１よりも大きい値に設定される。

図９（ａ）及び図９（ｂ）は、判定値の算出方法の別の一例を示す説明図である。
図９（ａ）は、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が良好な場合の荷重信号波形を表している。一方、図９（ｂ）は、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が不良の場合の荷重信号波形を表している。

図９（ａ）及び図９（ｂ）に表したように、判定値は、例えば、ワイヤ３が被接合部２に接触してから超音波振動を発生させるまでの間に荷重センサ４０によって検出される荷重信号波形の任意の時点における荷重の時間微分値であってもよい。

図９（ａ）及び図９（ｂ）の例では、任意の時点ｔｄは、時点ｔ１から時点ｔ２までの間の任意の時点である。図９（ａ）及び図９（ｂ）において、時点ｔｄにおける荷重の時間微分値は、２点鎖線で表した時点ｔｄにおける荷重信号波形に対する接線Ｂの傾きとして表される。

図９（ａ）及び図９（ｂ）に表したように、例えば、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が良好な場合の時間微分値（接線Ｂ１の傾き）は、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が不良の場合の時間微分値（接線Ｂ２の傾き）よりも大きい。この場合には、基準範囲の下限は、時間微分値（接線Ｂ２の傾き）よりも大きく、時間微分値（接線Ｂ１の傾き）よりも小さい値に設定される。また、基準範囲の上限は、時間微分値（接線Ｂ１の傾き）よりも大きい値に設定される。

以下、実施形態に係るワイヤボンディング方法について説明する。
実施形態に係るワイヤボンディング方法は、サーチ工程と、解析工程と、動作工程と、を有する。実施形態に係るワイヤボンディング方法では、例えば、サーチ工程と、解析工程と、動作工程と、を繰り返し行う。

サーチ工程では、被接合部２にワイヤ３を接触させて荷重をかけながら、被接合部２にかかる荷重を連続的に検出する。解析工程では、サーチ工程において検出された荷重から判定値を算出する。動作工程では、解析工程において算出された判定値が予め設定された基準範囲内の場合には、被接合部２に荷重をかけた状態で、超音波振動を発生させて被接合部２にワイヤ３を接合させる接合動作を行い、解析工程において算出された判定値が基準範囲外の場合には、判定値が基準範囲内の場合とは異なる動作を行う。ここで、「判定値が基準範囲内の場合とは異なる動作」とは、例えば、接合動作を行わないこと、接合動作を行った後に装置を停止すること、及び判定値が基準範囲内の場合とは異なる条件で接合動作を行うこと、などを含む。以下、それぞれの場合のフローについて説明する。

図１０は、実施形態に係るワイヤボンディング方法の一例を示すフローチャートである。
図１０に表したように、制御部５０は、ボンディングツール１１をワーク１の被接合部２に向けて降下させる（ステップＳ１０１）。制御部５０は、ボンディングツール１１により保持されたワイヤ３が被接合部２に接触するまでボンディングツール１１を降下させる（ステップＳ１０２）。

ワイヤ３が被接合部２に接触すると、制御部５０は、荷重センサ４０によって検出された荷重から判定値を算出する（ステップＳ１０３）。判定値を算出すると、制御部５０は、判定値が予め設定された基準範囲内であるかを判定する（ステップＳ１０４）。

判定値が基準範囲内の場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、制御部５０は、ボンディングツール１１から被接合部２に予め設定された荷重がかかるようにボンディングツール１１のＺ方向の位置を制御しながら、超音波ホーン１２から超音波振動を発生させて、被接合部２にワイヤ３を接合させる接合動作を行う（ステップＳ１０５）。

所定の時間が経過すると、制御部５０は、ボンディングツール１１を上昇させて、ワイヤ３を切断（ワイヤカット）する（ステップＳ１０６）。全ワイヤのボンディングが終了した場合には（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、制御部５０は、ボンディングツール１１を原点に移動させて、ボンディングを終了する。全ワイヤのボンディングが終了していない場合には（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、制御部５０は、ボンディングツール１１を次の被接合部２に移動させて、ステップＳ１０１に戻り、次のワイヤボンディングを開始する。

判定値が基準範囲外の場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、制御部５０は、接合動作を行わずに、ボンディングツール１１及び超音波ホーン１２の動作を停止させる（ステップＳ１０８）。また、このとき、制御部５０は、例えば、異常発生ランプを点灯させることなどにより、異常が発生したことを報知してもよい。ステップＳ１０８を行った後、制御部５０は、何らかの処置をした後に、動作を再開させて（ステップＳ１０７に向かって）もよい。

なお、このフローでは、ステップＳ１０１及びＳ１０２がサーチ工程であり、ステップＳ１０３及びＳ１０４が解析工程であり、ステップＳ１０５〜Ｓ１０８が動作工程である。

図１１は、実施形態に係るワイヤボンディング方法の別の一例を示すフローチャートである。
図１１に示したフローチャートのステップＳ２０１〜Ｓ２０７は、図１０に示したフローチャートのステップＳ１０１〜Ｓ１０７と実質的に同じであるため、説明を省略する。

図１１に示したフローチャートでは、判定値が基準範囲外の場合（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、制御部５０は、ステップＳ２０５と同様にして接合動作を行い（ステップＳ２０８）、ステップＳ２０６と同様にしてワイヤカットを行う（ステップＳ２０９）。ワイヤカットを行った後、制御部５０は、ボンディングツール１１及び超音波ホーン１２の動作を停止させる（ステップＳ２１０）。また、このとき、制御部５０は、例えば、異常発生ランプを点灯させることなどにより、異常が発生したことを報知してもよい。ステップＳ２１０を行った後、制御部５０は、何らかの処置をした後に、動作を再開させて（ステップＳ２０７に向かって）もよい。

なお、このフローでは、ステップＳ２０１及びＳ２０２がサーチ工程であり、ステップＳ２０３及びＳ２０４が解析工程であり、ステップＳ２０５〜Ｓ２１０が動作工程である。

図１２は、実施形態に係るワイヤボンディング方法の別の一例を示すフローチャートである。
図１２に示したフローチャートのステップＳ３０１〜Ｓ３０７は、図１０に示したフローチャートのステップＳ１０１〜Ｓ１０７と実質的に同じであるため、説明を省略する。ステップＳ３０５において、制御部５０は、第１条件で接合動作を行う。

図１２に示したフローチャートでは、判定値が基準範囲外の場合（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、制御部５０は、ステップＳ３０５の接合動作における第１条件とは異なる第２条件で接合動作を行う（ステップＳ３０８）。接合動作を行った後、制御部５０は、ステップＳ３０６と同様にしてワイヤカットを行う（ステップＳ３０９）。ワイヤカットを行った後、制御部５０は、全ワイヤのボンディングが終了したか否かの判断（ステップＳ３０７）を行う。

実施形態においては、ワイヤカット（ステップＳ３０９）を行った後、制御部５０は、ステップＳ３０７を行わずに、ボンディングツール１１及び超音波ホーン１２の動作を停止させてもよい。また、このとき、制御部５０は、例えば、異常発生ランプを点灯させることなどにより、異常が発生したことを報知してもよい。

なお、このフローでは、ステップＳ３０１及びＳ３０２がサーチ工程であり、ステップＳ３０３及びＳ３０４が解析工程であり、ステップＳ３０５〜Ｓ３０９が動作工程である。

以下、実施形態に係るワイヤボンディング装置及び実施形態に係るワイヤボンディング方法の作用効果について説明する。
半導体装置の製造工程において、半導体チップの電極であるパッドとリードフレームや基板の電極であるリードとの間を金属細線であるワイヤで接続するワイヤボンディング装置が多く用いられている。このようなワイヤボンディング装置を用いたワイヤボンディングは、通常、ボンディングツールをパッドやリードなどの被接合部に対してＺ方向に移動させ、ボンディングツールの先端において保持されるワイヤを被接合部に押しつけて圧着するとともに、超音波ホーンによってワイヤに超音波振動を印加することで行われる。

このような方法でワイヤボンディングを行う場合に、被接合部の状態などによっては、被接合部とワイヤとの間で充分な接合強度が得られずに、ワイヤが被接合部から剥がれるなどの接合不良が発生することがある。特に、被接合部に形成されたバンプに対してワイヤを接合させる場合には、バンプの高さや形状などの要因によって、バンプとワイヤとの間で充分な接合強度が得られずに、ワイヤがバンプから剥がれるなどの接合不良が発生することがある。これは、バンプの高さや形状などが正常でない場合には、ワイヤとバンプとの接合面積が低下したり、接合時のバンプの変形によって接合部分に十分な荷重が加わらなくなったりするためと考えられる。

このため、通電や容量検出等により被接合部とワイヤとの間の接合不良を検知する方法や、接合時の荷重やボンディングツールのＺ方向の位置を検出してワイヤと被接合部との間の接合状態の良否を判定する方法が提案されている。しかし、これらの従来の接合不良の検知方法では、被接合部にワイヤを接合させる接合動作の途中、または、接合動作の完了後に接合不良の発生を検知するため、接合後に接合不良が発生した製品を見つけることはできるものの、接合不良の発生自体を抑制することができない。そのため、製品の歩留まりが低下してしまうという問題がある。

そこで、実施形態においては、ボンディングツール１１から被接合部２にかかる荷重を連続的に検出する荷重センサ４０を設け、制御部により、ワイヤ３が被接合部２に接触してから超音波振動を発生させるまでの間に荷重センサ４０によって検出された荷重から判定値を算出し、判定値に基づいて、ボンディングツール１１及び超音波ホーン１２の動作を制御する。

これにより、例えば、接合動作を行う前に、ワイヤ３の被接合部２への接合状態の良否を推定することができる。つまり、実際に接合動作を行う前に、接合動作を行った場合に接合不良が生じるか否かを推定することができる。したがって、ワイヤ３の被接合部２への接合状態が悪いと推定された場合には、接合状態が良いと推定された場合とは異なる動作を行う（例えば、接合動作を行わない、接合動作を行った後に装置を停止する、あるいは異なる条件で接合動作を行う、など）ことで、接合不良が生じることを未然に防ぐことができる。

より具体的には、制御部５０は、例えば、判定値が基準範囲内の場合には、接合動作を行い、判定値が基準範囲外の場合には、接合動作を行わずに、ボンディングツール１１及び超音波ホーン１２の動作を停止させる。これにより、接合不良が生じることをより確実に抑制でき、製品の歩留まりを向上させることができる。

あるいは、制御部５０は、例えば、判定値が基準範囲内の場合には、接合動作を行い、判定値が基準範囲外の場合には、接合動作を行った後に、ボンディングツール１１及び超音波ホーン１２の動作を停止させる。これにより、接合不良が生じることを抑制しつつ、製品の歩留まりをさらに向上させることができる。例えば、接合不良の発生の予兆として、判定値の変化が接合良品で発生する場合には、このような制御により、接合不良の発生を未然に防止することができる。

あるいは、制御部５０は、例えば、判定値が基準範囲内の場合には、接合動作を第１条件で行い、判定値が基準範囲外の場合には、接合動作を第１条件と異なる第２条件で行う。これにより、接合不良が生じることを抑制しつつ、製品の歩留まりをさらに向上させることができる。

以上、説明したように、実施形態によれば、被接合部とワイヤとの間の接合不良の発生を抑制できるワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法が提供される。

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１…ワーク、２…被接合部、２ａ…バンプ、３…ワイヤ、１０…ボンディングヘッド、１１…ボンディングツール、１２…超音波ホーン、１３…ボンディングアーム、１３ａ…軸部、１４…駆動部、２０…ＸＹステージ、３０…ボンディングステージ、４０…荷重センサ、５０…制御部、１００…ワイヤボンディング装置

Claims

被接合部にワイヤを押し当てた状態で超音波振動を発生させることで、前記被接合部に前記ワイヤを接合させるワイヤボンディング装置であって、
被接合部にワイヤを接触させて荷重をかけるボンディングツールと、
超音波振動を発生させる超音波ホーンと、
前記ボンディングツールから前記被接合部にかかる荷重を連続的に検出する荷重センサと、
前記ボンディングツール及び前記超音波ホーンの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ワイヤが前記被接合部に接触してから前記超音波振動を発生させるまでの間に前記荷重センサから出力された前記荷重のデータを解析し、解析結果に基づいて、前記ボンディングツール及び前記超音波ホーンの動作を制御する、ワイヤボンディング装置。
前記制御部は、前記ワイヤが前記被接合部に接触してから前記超音波振動を発生させるまでの間に前記荷重センサによって検出された前記荷重から判定値を算出し、前記判定値に基づいて、前記ボンディングツール及び前記超音波ホーンの動作を制御する、請求項１に記載のワイヤボンディング装置。
前記制御部は、
前記判定値が予め設定された基準範囲内の場合には、前記ボンディングツールから前記被接合部に荷重をかけた状態で、前記超音波ホーンから前記超音波振動を発生させることで前記被接合部に前記ワイヤを接合させる接合動作を行い、
前記判定値が前記基準範囲外の場合には、前記接合動作を行わずに、前記ボンディングツール及び前記超音波ホーンの動作を停止させる、請求項２に記載のワイヤボンディング装置。
前記制御部は、
前記判定値が予め設定された基準範囲内の場合には、前記ボンディングツールから前記被接合部に荷重をかけた状態で、前記超音波ホーンから前記超音波振動を発生させることで前記被接合部に前記ワイヤを接合させる接合動作を行い、
前記判定値が前記基準範囲外の場合には、前記接合動作を行った後に、前記ボンディングツール及び前記超音波ホーンの動作を停止させる、請求項２に記載のワイヤボンディング装置。
前記制御部は、
前記判定値が予め設定された基準範囲内の場合には、前記ボンディングツールから前記被接合部に荷重をかけた状態で、前記超音波ホーンから前記超音波振動を発生させることで前記被接合部に前記ワイヤを接合させる接合動作を第１条件で行い、
前記判定値が前記基準範囲外の場合には、前記接合動作を前記第１条件と異なる第２条件で行う、請求項２に記載のワイヤボンディング装置。
前記第１条件と前記第２条件とは、前記超音波ホーンから発生させる前記超音波振動の出力、前記接合動作を行う時間、及び、前記ボンディングツールから前記被接合部にかけられる荷重の少なくともいずれかにおいて異なる、請求項５に記載のワイヤボンディング装置。
前記判定値は、前記ワイヤが前記被接合部に接触してから前記超音波振動を発生させるまでの間に前記荷重センサによって検出される荷重信号波形の任意の時間区間における荷重の時間積分値である、請求項２〜６のいずれか１つに記載のワイヤボンディング装置。
被接合部にワイヤを接触させて荷重をかけながら、前記被接合部にかかる荷重を連続的に検出するサーチ工程と、
前記サーチ工程において検出された前記荷重から判定値を算出する解析工程と、
前記解析工程において算出された前記判定値が予め設定された基準範囲内の場合には、前記被接合部に荷重をかけた状態で、超音波振動を発生させて前記被接合部に前記ワイヤを接合させる接合動作を行い、前記判定値が前記基準範囲外の場合には、前記解析工程において算出された前記判定値が前記基準範囲内の場合とは異なる動作を行う動作工程と、
を備えた、ワイヤボンディング方法。
前記判定値が前記基準範囲外の場合には、前記動作工程において、前記接合動作を行わない、請求項８に記載のワイヤボンディング方法。
前記サーチ工程と、前記解析工程と、前記動作工程と、を繰り返し行い、
前記判定値が前記基準範囲外の場合には、前記動作工程において、前記接合動作を行った後に、次回の前記サーチ工程を禁止する、請求項８に記載のワイヤボンディング方法。
前記判定値が前記基準範囲内の場合には、前記動作工程において、前記接合動作を第１条件で行い、
前記判定値が前記基準範囲外の場合には、前記動作工程において、前記接合動作を前記第１条件と異なる第２条件で行う、請求項８に記載のワイヤボンディング方法。
前記第１条件と前記第２条件とは、前記超音波ホーンから発生させる前記超音波振動の出力、前記接合動作を行う時間、及び、前記ボンディングツールから前記被接合部にかけられる荷重の少なくともいずれかにおいて異なる、請求項１１に記載のワイヤボンディング方法。
前記判定値は、前記ワイヤが前記被接合部に接触してから前記超音波振動を発生させるまでの間に前記荷重センサによって検出される荷重信号波形の任意の時間区間における荷重の時間積分値である、請求項８〜１２のいずれか１つに記載のワイヤボンディング方法。