JP6715402B2 - ワイヤボンディング方法及びワイヤボンディング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ワイヤボンディング方法及びワイヤボンディング装置に関する。
従来、半導体装置の製造方法において、例えば半導体チップの電極と基板の電極との２点間をワイヤによって電気的に接続するワイヤボンディングが広く用いられている。ワイヤボンディングにおいては、電気放電等によってボンディングツールの先端から延出されたワイヤの先端にボール部を形成し、ボンディングツールを半導体装置のボンド点に向かって下降させ、ボンド点上に配置したボール部をボンディングツールによって押圧するとともに超音波振動等を供給することによって両者を接合させる。
これに関し、特許文献１には、ＬＳＩのパッドと外部リード間を導体線で接続するワイヤボンダにおいて、ボンディング時にパッドおよびリードの高さを測定する機能を備え、測定したパッド、リードの高さおよび座標から、測定した箇所以外のパッドおよびリードの高さを計算により求め、適切なボンドレベルによりボンディングを行うボンドレベル自動調整機能付きワイヤボンダが記載されている。
特開平６−１８１２３２号公報
しかしながら、ワイヤのボール部の直径が小さい場合や、ボンディング対象が傾斜してセットされて、ボンド点ごとに高さがばらついている場合等においては、各ボンド点の高さを正確に測定できず、正確にボンディングを行うことができないおそれがある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、正確に、複数の電極をボンディングすることができるワイヤボンディング方法及びワイヤボンディング装置を提供することを目的の一つとする。
本発明の一態様にかかるワイヤボンディング方法は、ワイヤを挿通するよう構成されたボンディングツールと、第１の電極及び第２の電極を含むワークを固定して保持するボンディングステージと、を備えるワイヤボンディング装置を準備する工程と、ボンディングツールに挿通されたワイヤの先端にフリーエアーボールを形成するボール形成工程と、記フリーエアーボールが第１の電極に接地したか否かを検出することによって第１の電極の高さを測定する第１高さ測定工程と、フリーエアーボールが第２の電極に接地したか否かを検出することによって第２の電極の高さを測定する第２高さ測定工程と、第１高さ測定工程の測定結果に基づいてボンディングツールの高さを制御し、当該フリーエアーボールを第１の電極に接合する第１接合工程と、第２高さ測定工程の測定結果に基づいてボンディングツールの高さを制御し、ワイヤを第２の電極に接合して第１の電極と第２の電極とを接続する第２接合工程と、を含む。
上記ワイヤボンディング方法において、第１及び第２高さ測定工程は、ワイヤの先端のフリーエアーボールが第１及び第２の電極のそれぞれを押圧したときのフリーエアーボールに加わるボンディング荷重の変化に基づいて、ワイヤの先端のフリーエアーボールが第１及び第２の電極のそれぞれに接地したか否かを検出することを含んでもよい。
上記ワイヤボンディング方法において、第１及び第２高さ測定工程は、ワイヤの先端のフリーエアーボールが第１及び第２の電極のそれぞれに接触したときの、ボンディングツールに挿通されるワイヤに供給された電気信号の出力の変化に基づいて、ワイヤの先端のフリーエアーボールが第１及び第２の電極のそれぞれに接地したか否かを検出することを含んでもよい。
上記ワイヤボンディング方法において、所定の電気信号は直流電圧信号又は交流電圧信号であり、第１及び第２高さ測定工程は、ワイヤと第１及び第２の電極のそれぞれとの間の電位差の変化に基づいて、ワイヤの先端のフリーエアーボールが第１及び第２の電極に接地したか否かを検出することを含んでもよい。
本発明の一態様にかかるワイヤボンディング装置は、ワイヤを挿通するよう構成されたボンディングツールと、第１の電極及び第２の電極を含むワークを固定して保持するボンディングステージと、フリーエアーボールが第１の電極に接地したか否かを検出することによって第１の電極の高さを測定する第１の高さ測定手段と、フリーエアーボールが第２の電極に接地したか否かを検出することによって第２の電極の高さを測定する第２の高さ測定手段と、第１高さ測定工程の測定結果に基づいてボンディングツールの高さを制御し、当該フリーエアーボールを第１の電極に接合する第１の接合手段と、第２高さ測定工程の測定結果に基づいてボンディングツールの高さを制御し、ワイヤを第２の電極に接合して第１の電極と第２の電極とを接続する第２の接合手段とを備える。
上記ワイヤボンディング装置において、第１及び第２の高さ測定部は、フリーエアーボールが第１又は第２の電極を押圧したときのフリーエアーボールに加わるボンディング荷重の変化に基づいて、ワイヤの先端のフリーエアーボールが第１及び第２の電極のそれぞれに接地したか否かを検出してもよい。
上記ワイヤボンディング装置において、第１及び第２の高さ測定部は、フリーエアーボールが第１又は第２の電極に接触したときの、ボンディングツールに挿通されるワイヤに供給された電気信号の出力の変化に基づいて、ワイヤの先端のフリーエアーボールが第１及び第２の電極のそれぞれに接地したか否かを検出してもよい。
上記ワイヤボンディング装置において、所定の電気信号は交流電圧信号であり、高さ測定部は、ワイヤと第１及び第２の電極のそれぞれとの間の電位差の変化に基づいて、ワイヤの先端のフリーエアーボールが第１及び第２の電極に接地したか否かを検出してもよい。
本発明によれば、正確に、複数の電極をボンディングすることができる。
図１は、第１実施形態に係るワイヤボンディング装置を示した図である。 図２（Ａ）及び（Ｂ）は、第１実施形態に係るワイヤボンディング装置のボンディングアームの平面における頂面図及び底面図である。 図３（Ａ）〜（Ｄ）は、第１実施形態に係るワイヤボンディングの動作を説明するための図である。 図４は、第１実施形態に係るワイヤボンディングの高さ測定処理の一例を示すフローチャートである。 図５（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施形態に係るワイヤボンディングの高さ測定処理を説明するための図である。 図６は、第１実施形態に係るワイヤボンディングの高さ測定処理を説明するための図である。 図７は、第２実施形態に係るワイヤボンディングの高さ測定処理の一例を示すフローチャートである。 図８は、第２実施形態に係るワイヤボンディングの高さ測定処理を説明するための図である。 図９は、第３実施形態に係るワイヤボンディング装置の接地検出部の回路構成の一例を示す図である。 図１０は、第３実施形態に係るワイヤボンディング装置の接地検出部の回路構成の他の一例を示す図である。 図１１は、第３実施形態に係るワイヤボンディングの高さ測定処理の一例を示すフローチャートである。 図１２は、第３実施形態に係るワイヤボンディングの高さ測定処理を説明するための図である。 図１３は、他の実施形態に係るワイヤボンディング装置の構成の一例を示す図である。
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。
＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係るワイヤボンディング装置を示した図であり、図２は、ワイヤボンディング装置におけるボンディングアームの一部拡大図であり、図２（Ａ）は、ボンディングアームの頂面図、図２（Ｂ）は、ボンディングアームの底面図である。
図１に示すように、ワイヤボンディング装置１は、例示的に、ＸＹ駆動機構１０と、Ｚ駆動機構１２と、ボンディングアーム２０と、超音波ホーン３０と、ボンディングツール４０と、荷重センサ５０と、ボンディング荷重検出部１５０と、超音波振動子６０と、接地検出部７０と、制御部８０と、記録部１３０と、を備える。
ＸＹ駆動機構１０はＸＹ方向（ボンディング面に平行な方向）に摺動可能に構成されており、ＸＹ駆動機構（リニアモータ）１０には、ボンディングアーム２０をＺ方向（ボンディング面に垂直な方向）に揺動可能なＺ駆動機構（リニアモータ）１２が設けられている。
ボンディングアーム２０は、支軸１４に支持され、ＸＹ駆動機構１０に対して揺動自在に構成されている。ボンディングアーム２０は、ＸＹ駆動機構１０から、例えばリードフレームである基板１２０上に実装された半導体チップ１１０が置かれたボンディングステージ１６に延出するように略直方体に形成されている。ボンディングアーム２０は、ＸＹ駆動機構１０に取り付けられるアーム基端部２２と、アーム基端部２２の先端側に位置して超音波ホーン３０が取り付けられるアーム先端部２４と、アーム基端部２２とアーム先端部２４とを連結して可撓性を有する連結部２３とを備える。この連結部２３は、ボンディングアーム２０の頂面２１ａから底面２１ｂの方向へ延出した所定幅のスリット２５ａ、２５ｂ、及び、ボンディングアーム２０の底面２１ｂから頂面２１ａの方向へ延出した所定幅のスリット２５ｃによって構成されている。このように、連結部２３が各スリット２５ａ、２５ｂ、２５ｃによって局部的に薄肉部として構成されているため、アーム先端部２４はアーム基端部２２に対して撓むように構成されている。
図１及び図２（Ｂ）に示すように、ボンディングアーム２０の底面２１ｂ側には、超音波ホーン３０が収容される凹部２６が形成されている。超音波ホーン３０は、ボンディングアーム２０の凹部２６に収容された状態で、アーム先端部２４にホーン固定ネジ３２によって取り付けられている。この超音波ホーン３０は、凹部２６から突出した先端部においてボンディングツール４０を保持しており、凹部２６には超音波振動を発生する超音波振動子６０が設けられている。超音波振動子６０によって超音波振動が発生し、これが超音波ホーン３０によってボンディングツール４０に伝達され、ボンディングツール４０を介してボンディング対象に超音波振動を付与することができる。超音波振動子６０、例えば、ピエゾ振動子である。
また、図１及び図２（Ａ）に示すように、ボンディングアーム２０の頂面２１ａ側には、頂面２１ａから底面２１ｂに向かって順番にスリット２５ａ及び２５ｂが形成されている。上部のスリット２５ａは、下部のスリット２５ｂよりも幅広に形成されている。そして、この幅広に形成された上部のスリット２５ａに、荷重センサ５０が設けられている。荷重センサ５０は、予圧用ネジ５２によってアーム先端部２４に固定されている。荷重センサ５０は、アーム基端部２２とアーム先端部２４との間に挟みこまれるように配置されている。すなわち、荷重センサ５０は、超音波ホーン３０の長手方向の中心軸からボンディング対象に対する接離方向にオフセットして、ボンディングアーム２０の回転中心とアーム先端部２４における超音波ホーン３０の取付面（すなわち、アーム先端部２４におけるボンディングツール４０側の先端面）との間に取り付けられている。そして、上記のように、ボンディングツール４０を保持する超音波ホーン３０がアーム先端部２４に取り付けられているため、ボンディング対象からの反力によりボンディングツール４０の先端に荷重が加わると、アーム基端部２２に対してアーム先端部２４が撓み、荷重センサ５０において荷重を検出することが可能となっている。荷重センサ５０は、例えば、ピエゾ荷重センサである。
ボンディングツール４０は、ワイヤ４２を挿通するためのものであり、例えば挿通穴４１（図５（Ａ）参照）が設けられたキャピラリである。この場合、ボンディングツール４０の挿通穴４１にボンディングに使用するワイヤ４２が挿通され、その先端からワイヤ４２の一部を繰り出し可能に構成されている。また、ボンディングツール４０の先端には、ワイヤ４２を押圧するための押圧部４７（図５（Ａ）参照）が設けられている。押圧部４７は、ボンディングツール４０の挿通穴４１の方向の周りに回転対称の形状を有しており、挿通穴４１の周囲の下面に押圧面４８（図５（Ａ）参照）を有している。
ボンディングツール４０は、超音波ホーン３０自体の弾性変形によって交換可能に超音波ホーン３０に取り付けられている。また、ボンディングツール４０の上方には、ワイヤクランパ４４が設けられ、ワイヤクランパ４４は所定のタイミングでワイヤ４２を拘束又は解放するよう構成されている。ワイヤクランパ４４のさらに上方には、ワイヤテンショナ４６が設けられ、ワイヤテンショナ４６はワイヤ４２を挿通し、ボンディング中のワイヤ４２に適度なテンションを付与するよう構成されている。
ワイヤ４２の材料は、加工の容易さと電気抵抗の低さなどから適宜選択され、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）等が用いられる。なお、ワイヤ４２は、ボンディングツール４０の先端から延出したフリーエアーボール４３が半導体チップ１１０の電極１１２にボンディングされる。
接地検出部７０は、ボンディングツール４０に挿通されたワイヤ４２の先端であるフリーエアーボール４３が、半導体チップ１１０の電極１１２に接地したか否かを電気的に検出するものであり、ワイヤ４２に供給された電気信号の出力に基づいてワイヤ４２が電極１１２に接地したか否かを検出する。
接地検出部７０は、例えば、ワーク１００とワイヤ４２との間に所定の電気信号を印加する電源部７２と、電源部７２によって供給された電気信号の出力を測定する出力測定部７４と、出力測定部７４の測定結果に基づいてワイヤ４２がワーク１００に接地したか否かを判定する判定部７６とを備える。図１に示すように、接地検出部７０は、一方端子がボンディングステージ１６に電気的に接続され、他方端子がワイヤクランパ４４（又はワイヤスプール（図１では省略））に電気的に接続されている。
制御部８０は、ボンディング処理のための制御を行うよう構成されており、例示的に、ＸＹ駆動機構１０、Ｚ駆動機構１２、超音波ホーン３０（超音波振動子６０）、ボンディングツール４０、ボンディング荷重検出部１５０（荷重センサ５０）、及び、接地検出部７０等の各構成との間で直接的又は間接的に信号の送受信が可能なように接続されており、制御部８０によってこれらの構成の動作を制御する。
制御部８０は、例示的に、ＸＹＺ軸制御部８２と、ボンディングツール位置検出部８４と、速度検出部８６と、高さ測定部８８と、ボンディング制御部８９と、を備えて構成されている。
ＸＹＺ軸制御部８２は、例えば、ＸＹ駆動機構１０及びＺ駆動機構１２の少なくとも一方を制御することでボンディングアーム２０やボンディングツール４０のＸＹＺ方向の動作を制御する。
ボンディングツール位置検出部８４は、ボンディングツール４０のＺ方向における位置を含むボンディングツール４０の位置、例えばボンディングツール４０の先端の位置を検出する。ボンディングツール４０の先端位置は、例えばボンディングツール４０自体の先端の位置、ボンディングツールに挿通されるワイヤの先端の位置、又は、ボンディングツールに挿通されるワイヤの先端に形成されるフリーエアーボール４３の位置を含んでもよい。このようなボンディングツール位置検出部８４を設けることによって、ボンディングツール４０の移動前の位置（ボンディングツール４０の高さ）と、ボンディングツール４０の移動後の位置、例えばフリーエアーボール４３がボンディング対象に接地した場合のボンディングツール４０の位置（ボンディング対象の高さ）との間の距離を正確に測定することができる。
速度検出部８６は、ボンディングツール４０の移動の速度を検出する。速度検出部８６は、例えば常時、ボンディングツール４０の移動の速度を検出してもよいし、定期的に、ボンディングツール４０の移動の速度を検出してもよい。
高さ測定部８８は、例えば、ボンディングツール４０に挿通されるワイヤ４２の先端に形成されるフリーエアーボール４３が複数のボンディング対象に接地したか否かを検出することによって各ボンディング対象の高さを測定する。
ボンディング制御部８９は、例えば、高さ測定部８８の測定結果に基づいて、ボンディングツール４０の高さを制御し、ワイヤ４２の先端のフリーエアーボール４３を半導体チップ１１０の電極１１２に接合し、高さ測定部８８の測定結果に基づいてボンディングツール４０の高さを制御し、ワイヤ４２を基板１２０の電極１２２に接合して電極１１２と電極１２２とを接続する。
制御部８０には、各種情報を記録する記録部１３０が接続されている。例えば、記録部１３０は、配置される複数の電極１１２、１２２のそれぞれの位置情報を記録する。記録部１３０は、ボンディングツール４０の先端位置情報、例えば、ボンディングツール４０が電極１１２、１２２に下降する場合の設置位置情報（図３に示す位置Ｐ１及びＰ３）を記録する。記録部１３０は、距離測定部８８が、フリーエアーボール４３がボンディング点に接地したと判定するためのボンディングツール４０の移動速度、又は、ボンディングツール４０の移動速度の変化量を閾値として記録する。記録部１３０は、フリーエアーボール４３が接地したか否かを判定するために参照する、予め設定された、荷重センサ５０の出力値を閾値として記録する。
また、制御部８０には、制御情報を入力するための操作部１３２と、制御情報を出力するための表示部１３４が接続されており、これにより作業者が表示部１３４によって画面を認識しながら操作部１３２によって必要な制御情報を入力することができるようになっている。なお、制御部８０は、ＣＰＵ及びメモリなどを備えるコンピュータ装置であり、メモリには予めワイヤボンディングに必要な処理を行うためのボンディングプログラムなどが格納される。制御部８０は、後述するワイヤボンディングの距離測定方法において説明するボンディングツール４０の動作を制御するための各工程を行うように構成されている（例えば各工程をコンピュータに実行させるためのプログラムを備える）。
図３を参照して、本実施形態に係るワイヤボンディングの動作の全体像を説明する。このワイヤボンディングの動作は、少なくとも、上記ワイヤボンディング装置を用いて実施する、各電極１１２，１２２の高さを測定する高さ測定処理と、電極１１２，１２２とワイヤを用いてボンディングするワイヤボンディング処理と、を含む。
図３（Ａ）〜（Ｄ）は、複数の電極１１２，１２２をワイヤボンディングするための動作の一例を説明する概念図である。図３（Ａ）〜（Ｃ）は、各電極１１２，１２２の高さを測定する高さ測定処理の一例を示しており、図３（Ｄ）は、複数の電極をワイヤボンディングするためのボンディング処理の一例を示している。
図３（Ａ）に示すように、前提として、図１に示すように、ワイヤ４２を挿通するよう構成されたボンディングツール４０と、電極１１２（第１の電極）及び電極１２２（第２の電極）を含むワーク１００を固定して保持するボンディングステージ１６と、を備えるワイヤボンディング装置１を準備する。
電極１１２が形成された基板１２０と、基板１２０上に実装され、電極１２２が形成された半導体チップ１１０とを有するワーク１００を準備し、ワーク１００を図示しない搬送装置によりボンディングステージ１６に搬送する。ボンディングステージ１６は、ワーク１００の下面を吸着するとともに、図示しないウインドクランパによりワーク１００を固定して保持する。
ここで、ワーク１００は、本実施形態に係るワイヤボンディング方法によって、半導体チップ１１０の電極１１２にワイヤで電気的に接続される第１ボンディング点Ｐ２と、基板１２０の電極１２２に接続される第２ボンディング点Ｐ４と、を有する。ここで、第１ボンディング点とは、ワイヤで接続する２点間のうちの最初にボンディングする箇所を指し、第２ボンディング点とは、後にボンディングする箇所を指す。
なお、ワーク１００の具体的態様は上記に限定されるものではなく、例えば複数の半導体チップを積み重ねたスタック構造を有するものの２点間の電極を電気的に接続するものなど様々な態様があり得る。また、第１及び第２ボンディング対象は、それぞれ単一の電極である必要はなく、複数の電極を含んでもよい。
ボンディングツール４０に挿通されるワイヤ４２の先端にフリーエアーボール４３を形成する。具体的には、ボンディングツール４０から延出したワイヤ４２の先端を所定の高電圧を印加したトーチ電極（不図示）に近づけて、当該ワイヤ４２の先端とトーチ電極との間で放電を発生させる。こうして、金属ワイヤが溶融した表面張力によってワイヤ４２の先端にフリーエアーボール４３を形成する。
ボンディングツール４０を予め設定された位置Ｐ１から第１ボンディング点Ｐ２に向かって下降させる場合、ワイヤボンディング装置１の高さ測定部８８は、ボンディングツール４０に挿通されるワイヤ４２の先端に形成されるフリーエアーボール４３が電極１１２に接地したか否かを検出することによって電極１１２の高さを測定する。高さ測定部８８がフリーエアーボール４３の電極１１２への接地を検出した場合、ボンディングツール４０は、位置Ｐ１に向かって上昇する。
なお、電極１１２の高さは、例えばボンディングステージ１６等の所定の構成の高さに基づいて測定される高さを含んでもよいし、所定の基準高さに対する相対的な高さを含んでもよい。
図３（Ｂ）に示すように、ボンディングツール４０を、当該ボンディングツール４０を位置Ｐ１から位置Ｐ３に配置されるように移動させる。
図３（Ｃ）に示すように、ボンディングツール４０を予め設定された位置Ｐ３から第２ボンディング点Ｐ４に向かって下降させる場合、高さ測定部８８は、ボンディングツール４０に挿通されるワイヤ４２の先端に形成されるフリーエアーボール４３が基板１２０の電極１２２に接地したか否かを検出することによって電極１２２の高さを測定する。高さ測定部８８がフリーエアーボール４３の電極１２２への接地を検出した場合、ボンディングツール４０は、位置Ｐ３に向かって上昇する。
なお、電極１２２の高さは、例えばボンディングステージ１６等の所定の構成の高さに基づいて測定される高さを含んでもよいし、所定の基準高さに対する相対的な高さを含んでもよい。
そして、高さ測定処理が終了すると、ボンディングツール４０は、位置Ｐ１に戻りワイヤを電極１１２，１２２にボンディングするためのボンディング処理を開始する。
図３（Ｄ）に示すように、ワイヤボンディング装置１のボンディング制御部８９は、例えば、高さ測定部８８の測定結果と、ボンディングツール位置検出部８４の検出結果と、に基づいて、電極１１２の第１ボンディング点Ｐ２から電極１２２の第２ボンディング点Ｐ４への移動の軌跡を算出する。そして、ボンディング制御部８９は、当該移動の軌跡に基づいて、ワイヤ４２の先端のフリーエアーボール４３を電極１１２の第１ボンディング点Ｐ２にボンディングし、ボンディングツール４０の先端からワイヤ４２を繰り出しながらボンディングツール４０を電極１２２に向かって移動させ、ワイヤ４２の一部を電極１２２の第２ボンディング点Ｐ４にボンディングする。
具体的には、ＸＹ駆動機構１０及びＺ駆動機構１２を適宜作動させることによってワイヤ４２を繰り出しながらボンディングツール４０を予め設定された軌跡に沿って移動させ、ワイヤ４２を電極１１２の第１ボンディング点Ｐ２から電極１２２の第２ボンディング点Ｐ４に向かってルーピングさせる。これは、ボンディングツール４０の先端に形成されたフリーエアーボール４３を電極１１２の第１ボンディング点Ｐ２に第１ボンディングを行い、その後、ＸＹ駆動機構１０及びＺ駆動機構１２を予め設定された軌跡にしたがい、第２ボンディング点Ｐ４までルーピングさせることにより、１２２電極１２２上でワイヤ４２の一部を第２ボンディングする。このとき、第１ボンディング点Ｐ２におけるボンディングと同様に、後述する図５に示すボンディングツール４０の押圧部４７（押圧面４８）によってワイヤ４２の一部を加圧するとともに、熱及び／又は超音波振動等を作動させることによって、ワイヤ４２の一部を第２ボンディング点Ｐ４に接合する。こうして、第２ボンディング点Ｐ４における第２ボンディングが終了し、第１ボンディング点Ｐ２と第２ボンディング点Ｐ４との間に両者を接続するワイヤループ９０が形成される。第１ボンディング点Ｐ２上にはワイヤループ９０の接合部９２が設けられている。
このようにして、第１ボンディング点Ｐ２と第２ボンディング点Ｐ４との間を接続するために所定形状に形成されたワイヤループ９０を有するワークを製造することができる。
また、ボンディングツール４０を各第ボンディング点Ｐ２，Ｐ４に向けて下降させている間、ワイヤ４２のフリーエアーボール４３に超音波振動を供給することもできる。例えば、ワイヤ４２のフリーエアーボール４３が第１ボンディング点Ｐ２と非接触状態のときからボンディングツール４０へ超音波振動を供給することによって、ワイヤ４２のフリーエアーボール４３が振動した状態で第１ボンディング点Ｐ２に接触し始めることになる。これによって、特に、ワイヤ４２や第１ボンディング点Ｐ２が、例えば銅などの酸化しやすい材質場合、第１ボンディング点Ｐ２の表面及びフリーエアーボール４３の表面に形成された酸化物等が振動による摩擦で除去され、第１ボンディング点Ｐ２の表面及びフリーエアーボール４３の表面にそれぞれ清浄面が露出する。こうして、第１ボンディング点Ｐ２とフリーエアーボール４３との間の接合状態が良好となり、ワイヤボンディングの特性を向上させることができる。
以下では、ボンディング対象の高さを測定する高さ測定処理の詳細について説明する。
まず、第１実施形態の高さ測定処理を、図４〜図６（図３も一部参照）を用いて説明する。図４は、高さ測定処理の一例を説明するためのフローチャートである。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、高さ測定処理を説明するための概念図である。図６は、ボンディングツールにおけるＺ方向の位置について時刻の経過に伴う変化を示したものである。
本実施形態の高さ処理においては、図１に示す高さ測定部８８は、ワイヤ４２の先端のフリーエアーボール４３が電極１１２及び電極１２２のそれぞれを接触したときのボンディングツール４０の移動の速度の変化に基づいて、フリーエアーボール４３が電極１１２，１２２のそれぞれに接地したか否かを検出する。
（図４のステップＳ１）
図３（Ａ）に示すように、ボンディングツール４０をこれからボンディングしようとする第１ボンディング対象としての電極１１２の上方の位置Ｐ１に配置する。
（ステップＳ３）
図３（Ａ）に示すように、ボンディングツール４０を電極１１２の第１ボンディング点Ｐ２に向かって下降させる。例えば、図６に示すように、ｔ０〜ｔ１の間においてボンディングツール４０をＺ方向に沿って速度ａで下降させる。
次に、図５（Ａ）及び図６に示すように、時刻ｔ１において、ボンディングツール４０の下降速度が速度ａから速度ｂ（速度ｂは、速度ａよりも小さい）に変更する。つまり、ボンディングツール４０において、第１ボンディング点Ｐ２に近づいているので、サーチ動作へ変更する。
（ステップＳ５）
図５（Ｂ）及び図６に示すように、時刻ｔ２において、フリーエアーボール４３が電極１１２に接触する。その後、フリーエアーボール４３が第１ボンディング点Ｐ２を押圧する場合、フリーエアーボール４３は、第１ボンディング点Ｐ２から反力を受け、ボンディングツール４０の下降速度が速度ｂから速度ｃ（速度ｃは、速度ｂよりも小さい）に減少する。
そして、例えば、高さ測定部８８は、ワイヤ４２の先端のフリーエアーボール４３が電極１１２を押圧したときのボンディングツール４０の移動の速度ｂから速度ｃへの速度の変化量（｜ｂ−ｃ｜）に基づいて、フリーエアーボール４３が電極１１２に接地したか否かを検出する。具体的に、高さ測定部８８は、ワイヤ４２の先端のフリーエアーボール４３が電極１１２を押圧したときのボンディングツール４０の移動の速度ｂから速度ｃへの速度の変化量（｜ｂ−ｃ｜）と、記録部１３０に記録されている閾値としての速度の変化量と、を比較し、速度の変化量（｜ｂ−ｃ｜）が記録部１３０に記録されている速度の変化量より大きい場合に、フリーエアーボール４３が電極１１２に接地したと判定する。なお、高さ測定部８８は、ワイヤ４２の先端のフリーエアーボール４３が電極１１２を押圧したときのボンディングツール４０の移動速度が所定の設定値（例えば、速度ｃ等）に到達したことに基づいて、フリーエアーボール４３が電極１１２に接地したか否かを検出してもよい。
ここで、高さ測定部８８によりフリーエアーボール４３の電極１１２への接地が検出された場合（図４のＳ６においてＹｅｓ）は、ステップＳ７に進み、高さ測定部８８によりフリーエアーボール４３の電極１１２への接地が検出されなかった場合（図４のＳ６においてＮｏ）は、ステップＳ３に戻る。
（ステップＳ７）
図５に示すように、高さ測定部８８は、フリーエアーボール４３が電極１１２に接地したか否かを検出することによって電極１１２の高さを測定する。高さ測定部８８は、例えば、予め設定されているボンディングツール４０の下降前の位置Ｐ１の高さと、フリーエアーボール４３が電極１１２に接地した場合のボンディングツール４０の位置Ｚ２に対応する高さＨと、に基づいて、電極１１２の高さを測定する。なお、位置Ｐ１の高さ、及び、高さＨのそれぞれは、ワーク１００のボンディングステージ１６、半導体チップ１１０、又は半導体チップ１２０の表面からの高さを含んでもよい。
その後、図５（Ｃ）及び図６に示すように、時刻ｔ２以降において、ボンディングツール４０を位置Ｚ２からさらに下降させると、フリーエアーボールは速度ｃで第１ボンディング点Ｐ２を押圧し、フリーエアーボール４５が示すように若干潰れたように変形し、ボンディングツール４０の位置はＺ３となる。
（ステップＳ９）
図３（Ａ）及び図６に示すように、ボンディングツール４０を、所定の速度で第１ボンディング点Ｐ２の上方の位置Ｐ１に移動させる。そして、図４において不図示であるが、図３（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、電極１２２の第２ボンディング点Ｐ４の高さを測定する高さ測定処理に進む。
以上のとおり、第１実施形態によれば、フリーエアーボール４３が電極１１２に接地したか否かを検出することによって電極１１２の高さを測定し、フリーエアーボール４３が電極１２２に接地したか否かを検出することによって電極１２２の高さを測定し、電極１１２の高さの測定結果に基づいてボンディングツール４０の高さを制御し、当該フリーエアーボール４３を電極１１２に接合し、電極１２２の高さの測定結果に基づいてボンディングツール４０の高さを制御し、ワイヤ４２を電極１２２に接合して電極１１２と電極１２２とを接続する。これによって、正確に、複数の電極をボンディングすることができる。
＜第２実施形態＞
第２実施形態は、高さ測定部８８が、電極１１２、１２２にフリーエアーボールが接地したときに印加されるボンディング荷重の変化に基づいて、ワイヤの先端のフリーエアーボールが電極１１２、１２２に接地したか否かを検出する点で第１実施形態とは異なる。以下では、第１実施形態と異なる点について特に説明し、その他は省略する。
図１に示すボンディング荷重検出部１５０は、例示的に、荷重センサ５０の出力に接続された出力測定部１５２と、当該出力測定部１５２の結果に基づいて、ワイヤ４２のフリーエアーボール４３がワーク１００に接地したか否かを判定する判定部１５４と、を備える。
判定部１５４は、例えば、荷重センサ５０の出力が予め設定した閾値を超えたか否かによって、フリーエアーボール４３が接地したか否かを判定する。すなわち、ボンディングツール４０が下降してワイヤ４２のフリーエアーボール４３が電極１１２、１２２に接地すると、ボンディングツール４０の先端が電極１１２、１２２から反力を受け、その荷重によって荷重センサ５０の出力値が上昇する。そして、この出力値が所定の閾値を超えたとき、判定部１５４はフリーエアーボール４３が接地したと判定する。このように、ボンディング荷重検出部１５０は、ボンディングツール４０の下降に伴ってボンディングツール４０の先端に加えられる初期衝撃荷重に基づいて、ワイヤボンディング作業中にフリーエアーボール４３が接地したか否かを検出する。
図７は、第２実施形態に係るワイヤボンディングの高さ測定処理の一例を示すフローチャートである。図８は、第２実施形態に係る荷重センサの出力と、ボンディングツールのＺ方向の位置と、関係を示した図である。
（図７のステップＳ１５）
図８に示すように、図１に示す高さ測定部８８は、荷重センサ５０の出力の変化に基づいて、ワイヤ４２の先端のフリーエアーボール４３が電極１１２に接地したか否かを検出する。具体的に、高さ測定部８８は、ワイヤ４２の先端のフリーエアーボール４３が第１ボンディング点Ｐ２を押圧したときのフリーエアーボール４３に加わるボンディング荷重の変化に基づいて、ワイヤ４２の先端のフリーエアーボール４３が電極１１２に接地したか否かを検出する。
（ステップＳ１７）
図１に示す高さ測定部８８は、フリーエアーボール４３が電極１１２に接地したか否かを検出することによって、第１ボンドレベル検出位置に対応するボンディングツール４０のＺ方向の位置に基づく電極１１２の高さを測定する。なお、図７において不図示だが、高さ測定部８８は、電極１１２の高さを測定した後、フリーエアーボール４３が電極１２２に接地したか否かを検出することによって、第２ボンドレベル検出位置に対応するボンディングツール４０のＺ方向の位置に基づく電極１２２の高さを測定する。
以上のとおり、第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、高さ測定部８８が、フリーエアーボール４３に加わるボンディング荷重の変化に基づいて、フリーエアーボール４３が電極１１２に接地したか否かを検出することによって電極１１２の高さを測定するので、より正確に、フリーエアーボール４３の電極１１２への接地を検出することができる。
＜第３実施形態＞
第３実施形態は、高さ測定部８８が、電極１１２、１２２にフリーエアーボールが接地したときにボンディングツールに挿通されるワイヤに供給された電気信号の出力の変化に基づいて、ワイヤの先端のフリーエアーボールが電極１１２、１２２に接地したか否かを検出する点で、第１及び第２実施形態と異なる。以下では、第１及び第２実施形態と異なる点について特に説明し、その他は、省略する。
図９は、本実施形態に係るワイヤボンディング装置の接地検出部の回路構成の一例を示す図である。図９に示すように、接地検出部７０の電源部７２は直流電圧電源で構成することができる。すなわち、ワイヤ４２とボンディングステージ１６とが電気的抵抗成分のみで接続されているとみなされる場合（例えば両者が電気的に導通している場合）、直流電圧信号を所定の電気信号として用いることができる。すなわち、ワイヤ４２のフリーエアーボール４３が電極１１２、１２２に接触することで、ボンディングステージ１６とワイヤ４２との間に電位差が生じる。したがって、かかる出力電圧ｖの変化に基づいて、フリーエアーボール４３が電極１１２、１２２に接地したか否かを判定することができる。
図１０は、本実施形態に係るワイヤボンディング装置の接地検出部の回路構成の一例を示す図である。図１０に示すように、接地検出部７０の電源部７２は交流電圧電源で構成することもできる。すなわち、ワーク１００の電極１１２、１２２とボンディングステージ１６との間が容量成分を含む場合（例えば両者が電気的に導通していない場合）、交流電圧信号を所定の電気信号として用いることができる。この場合、ワイヤ４２のフリーエアーボール４３が電極１１２、１２２に接触すると、ワイヤボンディング装置１の静電容量値に、ワーク１００が有する静電容量値がさらに加算され、これによりボンディングステージ１６とワイヤ４２との間の静電容量値が変化する。したがって、かかる容量値の変化、例えば出力電圧ｖの変化に基づいて、フリーエアーボール４３が電極１１２、１２２に接触したか否かを判定することができる。
図１１は、第３実施形態に係るワイヤボンディングの高さ測定処理の一例を示すフローチャートである。図１２は、第３実施形態に係る接地検出部の検出電圧と、ボンディングツールのＺ方向の位置と、関係を示した図である。
（ステップＳ２５）
図８に示すように、高さ測定部８８は、図１に示す接地検出部１５０の検出電圧に基づいて、ワイヤ４２の先端のフリーエアーボール４３が電極１１２に接地したか否かを検出する。具体的に、高さ測定部８８は、ワイヤ４２の先端のフリーエアーボール４３が電極１１２の第１ボンディング点Ｐ２に接触したときの、ボンディングツール４０に挿通されるワイヤ４２に供給された電気信号の出力の変化に基づいて、ワイヤ４２の先端のフリーエアーボール４３が電極１１２に接地したか否かを検出する。
（ステップＳ２７）
高さ測定部８８は、フリーエアーボール４３が電極１１２に接地したか否かを検出することによって第１ボンドレベル検出位置に対応する電極１１２の高さを測定する。なお、図１１において不図示だが、高さ測定部８８は、電極１１２の高さを測定した後、フリーエアーボール４３が電極１２２に接地したか否かを検出することによって、第２ボンドレベル検出位置に対応するボンディングツール４０のＺ方向の位置に基づく電極１２２の高さを測定する。
以上のとおり、第３実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、高さ測定部８８が、ワイヤ４２に供給された電気信号の出力の変化に基づいて、フリーエアーボール４３が電極１１２に接地したか否かを検出するので、より迅速に且つ正確に、フリーエアーボール４３の電極１１２への接地を検出することができる。
＜他の実施形態＞
上記発明の実施形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせ又は変更若しくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
ワイヤボンディング装置において、速度検出部８６、接地検出部７０、荷重センサ５０、及びボンディング荷重検出部１５０を併用することで、第１〜第３実施形態を適宜組み合わせて実施可能である。他方、ワイヤボンディング装置において、速度検出部８６、接地検出部７０、荷重センサ５０、及びボンディング荷重検出部１５０の全てを必ずしも備える必要はない。例えば、上記第１実施形態においては、ワイヤボンディング装置は、速度検出部８６を備える必要はあるが、接地検出部７０、荷重センサ５０、及びボンディング荷重検出部１５０は必ずしも備える必要はない。上記第２実施形態においては、ワイヤボンディング装置は、荷重センサ５０及びボンディング荷重検出部１５０を備える必要はあるが、速度検出部８６及び接地検出部７０は必ずしも備える必要はない。上記第３実施形態においては、ワイヤボンディング装置は、接地検出部７０を備える必要はあるが、速度検出部８６、荷重センサ５０、及びボンディング荷重検出部１５０は必ずしも備える必要はない。
上記実施形態においては、ワイヤボンディング方法の一例として、異なる位置に配置された複数のボンディング対象の間をワイヤ接続する態様について説明したが、複数のボンディング対象が配置される高さは、それぞれ異なっていてもよいし、複数のボンディング対象のうち少なくとも二つが同一の高さであってもよい。
なお、第１ボンディング点Ｐ１を基板１２０の電極１２２とする、いわゆる逆ボンディングに本発明を適用してもよい。
図１３は、他のワイヤボンディング方法を説明する図である。図１３に示すように、単一のワイヤによりワイヤループ９０を形成しつつ、複数のチップ（又は基板）１１０、１２０、１６０、１７０、１８０、１９０のそれぞれに配置された複数の電極１１２、１２２、１６２、１７２、１８２、１９２を接続する、いわゆるチェーンループに本発明を適用してもよい。
１…ワイヤボンディング装置、３０…超音波ホーン、４０…ボンディングツール、４２…ワイヤ、４３（１４３）…フリーエアーボール、７０…接地検出部、８０…制御部、１５０…ボンディング荷重検出部

Claims (8)

  1. ワイヤを挿通するよう構成されたボンディングツールと、
    第１の電極及び第２の電極を含むワークを固定して保持するボンディングステージと、
    を備えるワイヤボンディング装置を準備する工程と、
    前記ボンディングツールに挿通されたワイヤの先端にフリーエアーボールを形成するボール形成工程と、
    前記フリーエアーボールが前記第１の電極に接地したか否かを検出することによって前記第１の電極の高さを測定する第１高さ測定工程と、
    前記フリーエアーボールが前記第２の電極に接地したか否かを検出することによって前記第２の電極の高さを測定する第２高さ測定工程と、
    前記第１高さ測定工程の測定結果に基づいて前記ボンディングツールの高さを制御し、当該フリーエアーボールを前記第１の電極に接合する第１接合工程と、
    前記第２高さ測定工程の測定結果に基づいて前記ボンディングツールの高さを制御し、前記ワイヤを前記第２の電極に接合して前記第１の電極と第２の電極とを接続する第２接合工程と、
    を含む、ワイヤボンディング方法。
  2. 前記第１及び第２高さ測定工程は、前記ワイヤの先端の前記フリーエアーボールが前記第１及び第２の電極のそれぞれを押圧したときの前記フリーエアーボールに加わるボンディング荷重の変化に基づいて、前記ワイヤの先端の前記フリーエアーボールが前記第１及び第２の電極のそれぞれに接地したか否かを検出することを含む、
    請求項１に記載のワイヤボンディング方法。
  3. 前記第１及び第２高さ測定工程は、前記ワイヤの先端の前記フリーエアーボールが前記第１及び第２の電極のそれぞれに接触したときの、前記ボンディングツールに挿通される前記ワイヤに供給された電気信号の出力の変化に基づいて、前記ワイヤの先端の前記フリーエアーボールが前記第１及び第２の電極のそれぞれに接地したか否かを検出することを含む、
    請求項１又は２に記載のワイヤボンディング方法。
  4. 前記電気信号は直流電圧信号又は交流電圧信号であり、
    前記第１及び第２高さ測定工程は、前記ワイヤと前記第１及び第２の電極のそれぞれとの間の電位差の変化に基づいて、前記ワイヤの先端の前記フリーエアーボールが前記第１及び第２の電極に接地したか否かを検出することを含む、
    請求項３に記載のワイヤボンディング方法。
  5. ワイヤを挿通するよう構成されたボンディングツールと、
    第１の電極及び第２の電極を含むワークを固定して保持するボンディングステージと、
    フリーエアーボールが前記第１の電極に接地したか否かを検出することによって前記第１の電極の高さを測定する第１の高さ測定手段と、
    前記フリーエアーボールが前記第２の電極に接地したか否かを検出することによって前記第２の電極の高さを測定する第２の高さ測定手段と、
    前記第１高さ測定工程の測定結果に基づいて前記ボンディングツールの高さを制御し、前記フリーエアーボールを前記第１の電極に接合する第１の接合手段と、
    前記第２高さ測定工程の測定結果に基づいて前記ボンディングツールの高さを制御し、前記ワイヤを前記第２の電極に接合して前記第１の電極と第２の電極とを接続する第２の接合手段とを備える、
    ワイヤボンディング装置。
  6. 前記第１及び第２の高さ測定部は、前記フリーエアーボールが前記第１又は第２の電極を押圧したときの前記フリーエアーボールに加わるボンディング荷重の変化に基づいて、前記ワイヤの先端の前記フリーエアーボールが前記第１及び第２の電極のそれぞれに接地したか否かを検出する、
    請求項５に記載のワイヤボンディング装置。
  7. 前記第１及び第２の高さ測定部は、前記フリーエアーボールが前記第１又は第２の電極に接触したときの、前記ボンディングツールに挿通される前記ワイヤに供給された電気信号の出力の変化に基づいて、前記ワイヤの先端の前記フリーエアーボールが前記第１及び第２の電極のそれぞれに接地したか否かを検出する、
    請求項６に記載のワイヤボンディング装置。
  8. 前記電気信号は交流電圧信号であり、
    前記高さ測定部は、前記ワイヤと前記第１及び第２ボンディング対象のそれぞれとの間の電位差の変化に基づいて、前記ワイヤの先端の前記フリーエアーボールが前記第１及び第２の電極に接地したか否かを検出する、
    請求項７に記載のワイヤボンディング装置。
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