JP6792877B2 - ワイヤボンディング装置、半導体装置の製造方法、および、半導体装置 - Google Patents

Description

本明細書では、被実装体に設けられた第一ボンディング点と第二ボンディング点との間をワイヤで接続するワイヤボンディング装置、半導体装置の製造方法、および半導体装置を開示する。

近年、携帯情報端末や、デジタルＡＶ機器、ＩＣカード等の高機能化に伴い、搭載される半導体チップの小型化、薄型化、高集積化が求められている。特に、スタックメモリデバイスなどでは積層できるチップ数によってメモリ容量が求められる。そのため、決められたパッケージ高さ内に、より多量の半導体チップを積層できることが重要となる。こうした要求を満たすためには、ワイヤボンディングで形成されるワイヤループの高さを低く抑えることが必要となる。そこで、従来から、ループ高さを抑える低ループ技術が多数、提案されている。

ここで、第一ボンディング点および第二ボンディング点を接続するワイヤの一端には、扁平円板状の圧着ボールと、圧着ボールの上に重なる円柱部と、が存在する。従来の低ループ技術の多くは、圧着ボールの上に円柱部がそのまま残った状態でルーピングしているため、ループ高さを、十分に小さくすることは難しかった。

ここで、特許文献１には、低ループ形成を可能とするワイヤボンディング方法が開示されている。具体的には、特許文献１では、キャピラリ先端のフリーエアーボールを第一ボンディング点に圧着して所望の圧着厚の圧着ボールを形成した後、キャピラリを上昇させてからキャピラリを第二ボンディング点側に移動させることで、圧着ボールの上部（円柱部）の側面を押圧して、圧着ボールの頭頂部を形成する第一工程と、第一工程の後、キャピラリを上昇させてから第２ボンディング点側に移動しながら下降してワイヤを斜め上から押圧する第二工程と、を実行している。この特許文献１の技術によれば、圧着ボールの上部（円柱部）の一部が、キャピラリにより押しつぶされるため、ループ高さをある程度、低減できる。

特許第４６２５８５８号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、円柱部の一部しか押しつぶせないため、ループ高さを十分に低減するのは難しかった。そこで、本明細書では、ループ高さをより低減できるワイヤボンディング装置、半導体装置の製造方法、および、半導体装置を開示する。

本明細書で開示するワイヤボンディング装置は、被実装体に設けられた第一ボンディング点と第二ボンディング点との間をワイヤで接続するワイヤボンディング装置であって、前記ワイヤを保持するキャピラリと、前記キャピラリを被実装体に対して移動させる移動機構と、前記移動機構の駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、少なくとも、前記ワイヤの先端にフリーエアーボールが形成された後、前記キャピラリを前記第一ボンディング点に向かって規定の圧着高さまで下降させることで、前記第一ボンディング点に圧着ボールおよび前記圧着ボールの上に位置する円柱部を形成させる第一処理と、前記第一処理の実行後、前記圧着高さにおいて、前記キャピラリを水平移動させることで、前記円柱部を前記キャピラリで削り取らせる第二処理と、前記第二処理の実行後、前記圧着高さより高い移動高さにおいて前記キャピラリを前記第二ボンディング点に近づく方向であるフォワード方向に移動させるとともに、当該移動の途中で前記圧着ボールの上に重なるワイヤ部分を前記キャピラリで踏みつけるべく前記キャピラリを一時的に下降させる踏み付け動作を１回以上繰り返させる第三処理と、を実行させることを特徴とする。

かかる構成とした場合、円柱部が、キャピラリで削られ、また、圧着ボールの上に重なるワイヤ部分がキャピラリで踏みつけられるため、ループ高さをより低減できる。

この場合、前記制御部は、前記第二処理において、前記キャピラリを、前記第二ボンディング点から離れる方向であるリバース方向に水平移動させてもよい。

また、前記制御部は、前記第二処理において、前記キャピラリを、少なくとも、前記円柱部の直径以上、水平移動させてもよい。

かかる構成とすることで、円柱部をほぼ確実に削ることができる。

また、前記制御部は、前記第三処理において、前記圧着ボールの上に重なるワイヤ部分が満遍なく前記キャピラリで押圧されるべく、前記キャピラリの水平位置を変えながら、前記踏み付け動作を２回以上行なわせてもよい。

かかる構成とすることで、第一ボンド部の厚み、ひいては、ループ高さをより低減できる。

また、前記制御部は、前記キャピラリの形状情報と、前記圧着ボールの目標形状情報と、前記ワイヤの情報と、に基づいて前記キャピラリの移動シーケンスを生成してもよい。

かかる構成とすることで、オペレータの手間を軽減できる。

他の本発明である半導体装置の製造方法は、第一ボンディング点と第二ボンディング点との間をキャピラリによりワイヤで接続することで半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、前記キャピラリに挿通された前記ワイヤの先端にフリーエアーボールが形成された後、前記キャピラリを前記第一ボンディング点に向かって規定の圧着高さまで下降させることで、前記第一ボンディング点に圧着ボールおよび前記圧着ボールの上に位置する円柱部を形成する第一工程と、前記第一工程の実行後、前記圧着高さにおいて、前記キャピラリを水平移動させることで、前記円柱部を前記キャピラリで削り取る第二工程と、前記第二工程の実行後、前記圧着高さより高い移動高さにおいて前記キャピラリを前記第二ボンディング点に近づく方向であるフォワード方向に移動させるとともに、当該移動の途中で前記圧着ボールの上に重なるワイヤ部分を前記キャピラリで踏みつけるべく前記キャピラリを昇降させる踏み付け動作を１回以上繰り返す第三工程と、を含むことを特徴とする。

かかる構成とした場合、円柱部が、キャピラリで削られ、また、圧着ボールの上に重なるワイヤ部分がキャピラリで踏みつけられるため、ループ高さをより低減できる。

本明細書で開示するワイヤボンディング装置、半導体装置の製造方法、および、半導体装置によれば、円柱部が、キャピラリで削られ、また、圧着ボールの上に重なるワイヤ部分がキャピラリで踏みつけられるため、ループ高さをより低減できる。

ワイヤボンディング装置の構成を示す図である。 キャピラリ先端の形状を示す図である。 ワイヤループ形状の一例を示す図である。 キャピラリの移動軌跡を示す図である。 第一ボンド部形成時の様子を示す図である。 第一ボンド部形成時の様子を示す図である。 実験結果を示す表である。 本明細書で開示の技術で形成された第一ボンド部の一例を示す写真である。 従来の第一ボンド部形成の様子を示す図である。 従来の第一ボンド部形成の様子を示す図である。

以下、図面を参照してワイヤボンディング装置１０の構成について説明する。図１は、ワイヤボンディング装置１０の構成を示す図である。このワイヤボンディング装置１０は、第一ボンディング点Ｐ１と第二ボンディング点Ｐ２との間をワイヤ５０で接続する装置であり、一般に、第一ボンディング点Ｐ１は、半導体チップ１１０のパッド１１２上に設定されており、第二ボンディング点Ｐ２は、半導体チップ１１０をマウントしたリードフレーム１２０のリード１２２上に設定されている。

ワイヤボンディング装置１０は、ボンディングヘッド１６と、半導体チップ１１０をマウントしたリードフレーム１２０（以下、両者をまとめる場合は「被実装体」という）が載置されるステージ２０と、を備えている。ボンディングヘッド１６は、さらに、超音波ホーンとして機能するボンディングアーム１４と、当該ボンディングアーム１４の先端に取り付けられたキャピラリ１２と、を備えている。ボンディングアーム１４は、ボンディングヘッド１６から水平方向に突出するアームで、その内部には超音波振動子が組み込まれている。ワイヤボンディング装置１０に設けられた超音波発振器（図示せず）を用いて、この超音波振動子に電圧を印加することで、ボンディングアーム１４の先端に位置するキャピラリ１２に超音波振動を付与できる。

キャピラリ１２は、ステージ２０と上下に対向するように、ボンディングアーム１４の先端に取り付けられている。キャピラリ１２には、軸方向に貫通する貫通孔（以下「ホール４０」と呼ぶ、図１では図示せず）が形成されており、このホール４０に金線などのワイヤ５０が挿通される。キャピラリ１２は、使用するワイヤ５０の種類や、要求される圧着ボール６０の形状等に応じて、適宜、交換される。

キャピラリ１２の近傍には、放電電極２２が配置されている。放電電極２２は、ワイヤ５０の先端に、当該ワイヤ５０が溶融して成るフリーエアーボール（以下「ＦＡＢ５２」という）を形成するために設けられている。この放電電極２２とワイヤの先端との間に高電圧を印加して、放電を生じさせると、その放電エネルギによりワイヤ５０の先端部が溶融する。そして、この溶融によりワイヤ５０の先端に、ＦＡＢ５２が形成される。

キャピラリ１２の上方には、クランパ２１が配されている。クランパ２１は、ワイヤ５０の両側に配された一対の把持部材を有しており、この把持部材を接近／離間させることで、ワイヤ５０を挟んだり、開放したりする。

ボンディングアーム１４は、図示しない昇降機構を介してボンディングヘッド１６に取り付けられている。また、ボンディングヘッド１６は、ＸＹテーブル１８に設置されており、水平方向の移動が可能となっている。そして、ボンディングヘッド１６の水平移動およびボンディングアーム１４の垂直移動に伴い、キャピラリ１２が、被実装体に対して水平方向および垂直方向に相対移動できる。つまり、昇降機構およびＸＹテーブル１８は、キャピラリ１２を、被実装体に対して相対移動させる移動機構として機能する。なお、本例では、キャピラリ１２を移動させているが、キャピラリ１２ではなく、ステージ２０を移動させる構成としてもよい。

ステージ２０は、半導体チップ１１０がマウントされたリードフレーム１２０である被実装体が載置される。このステージ２０には、リードフレーム１２０を加熱するヒータ（図示せず）が内蔵されている。ワイヤボンディングの実行時には、このヒータにより、リードフレーム１２０が、加熱される。

制御部２４は、ワイヤボンディング装置１０の各部の駆動を制御する。制御部２４は、例えば、各種データを記憶するメモリと、各種演算を行なうＣＰＵと、を備えている。制御部２４のメモリに記憶されるデータとしては、ボンディング処理を実行するための制御プログラムや、後述するキャピラリ１２の移動シーケンスを生成するために必要なデータ等が含まれる。

制御部２４は、具体的には、ＸＹテーブル１８および昇降機構を駆動制御することでキャピラリ１２の被実装体に対する位置を制御する。また、制御部２４は、ボンディング処理の進行状況に応じて、クランパ２１の開閉制御、放電電圧の印加制御、ステージ２０のヒータの駆動制御も行なう。また、制御部２４は、キャピラリ１２の移動シーケンス（ＸＹテーブル１８および昇降機構の駆動シーケンス）を生成する生成部としても機能する。移動シーケンスを生成するために、制御部２４のメモリには、キャピラリ１２の形状に関する情報、後述する圧着ボール６０の目標形状に関する情報等が記憶されているが、これについては、後述する。

図２は、キャピラリ１２の先端部の一例を示す図である。キャピラリ１２には、その軸方向に貫通する貫通孔であるホール４０が形成されている。このホール４０内にはワイヤ５０が挿通される。したがって、ホール４０の直径（ホール径Ｈ）は、ワイヤ５０の直径（ワイヤ径φ）よりも大きい（Ｈ＞φ）。ホール４０の下端は、円錐状に広がっている。この円錐状に広がるテーパー面は、チャンファー面４２と呼ばれる。また、この円錐状の空間のうち最大直径（すなわち最下端の直径）は、チャンファー径ＣＤと呼ばれる。

キャピラリ１２の下端面は、ＦＡＢ５２を押圧するフェース面４４となる。このフェース面４４は、フラットな水平面でもよいし、外側に近づくにつれ上方にすすむような傾斜面でもよい。フェース面４４の幅、すなわち、ホール４０下端の内周縁からキャピラリ１２下端の外周縁までの距離を、以下では、「フェース幅Ｗ」と呼ぶ。フェース幅Ｗは、キャピラリ１２の外径をＴとした場合、Ｗ＝（Ｔ−ＣＤ）／２である。

図３は、ワイヤボンディング装置１０により形成されるワイヤループのイメージ図である。半導体チップ１１０には、複数のパッド１１２が配設されており、リードフレーム１２０には、複数のリード１２２が配設されている。ワイヤボンディング装置１０は、このパッド１１２上に位置する第一ボンディング点Ｐ１と、リード１２２上に位置する第二ボンディング点Ｐ２と、をワイヤ５０で接続する。

第一ボンディング点Ｐ１には、ワイヤ５０の一端をパッド１１２に押し付けて形成される第一ボンド部５４が形成されており、この第一ボンド部５４から引き出されたワイヤ５０が、第二ボンディング点Ｐ２まで延びる。第二ボンディング点Ｐ２には、ワイヤ５０の他端をリード１２２に押し付けて形成される第二ボンド部５８が形成されている。ここで、第二ボンド部５８は、通常、ワイヤ５０をリード１２２に押し当てて潰したステッチボンドである。

半導体装置を薄型化するためには、このワイヤループの高さ、特に、パッド１１２の上面からワイヤループの最上点さまでの垂直方向距離、すなわち、ループ高さＨＬを低減することが必要となる。本明細書では、このループ高さＨＬを低減するために、第一ボンド部５４を特殊な工程で形成している。これについて、従来技術と比較して説明する。なお、以下の説明では、第一ボンディング点Ｐ１からみて、第二ボンディング点Ｐ２に近づく方向を「フォワード方向」と呼び、第二ボンディング点Ｐ２から離れる方向を「リバース方向」と呼ぶ。

はじめに、従来の第一ボンド部５４の形成について簡単に説明する。図９は、従来の第一ボンド部５４形成の流れを示すイメージ図である。第一ボンド部５４を形成する場合は、まず、半導体チップ１１０のパッド１１２上に位置する第一ボンディング点Ｐ１に、圧着ボール６０を形成する。具体的には、まず、図９（ａ）に示すように、ワイヤ５０の先端にＦＡＢ５２を形成する。続いて、図９（ｂ）に示すように、キャピラリ１２を第一ボンディング点Ｐ１に向かって下降させ、キャピラリ１２のフェース面４４でＦＡＢ５２を第一ボンディング点Ｐ１に押圧する。なお、この押圧の際には、ボンディングアーム１４を介してキャピラリ１２に振動を付与してもよい。この押圧に伴い、ＦＡＢ５２は、扁平に変形し、パッド１１２上に扁平円板状の圧着ボール６０が形成される。また、ＦＡＢ５２を構成する材料の一部は、キャピラリ１２のホール４０内に充填される。このホール４０内に充填された材料は、圧着ボール６０よりも小径かつワイヤ５０よりも大径の円柱部６２を構成する。そして、この押圧により、第一ボンディング点Ｐ１には、扁平円板状の圧着ボール６０の上に円柱部６２が載った第一ボンド部５４が形成される。

第一ボンド部５４が形成されれば、制御部２４は、キャピラリ１２を、移動させて、ワイヤ５０を、第二ボンディング点Ｐ２に向けてルーピングさせる。具体的には、制御部２４は、図９（ｂ）の矢印で示すように、キャピラリ１２を、上方、リバース方向、上方に移動させ、ワイヤ５０に曲げ癖をつけた上で、キャピラリ１２を第二ボンディング点Ｐ２へと移動させる。そして、第二ボンディング点Ｐ２において、キャピラリ１２をリード１２２に押し付けることで、ワイヤ５０が押しつぶされた第二ボンド部５８（ステッチボンド）が形成される。第二ボンド部５８が形成されれば、制御部２４は、キャピラリ１２を上方に移動させた後、クランパ２１を閉鎖した状態で、キャピラリ１２を更に上方向に移動させ、ワイヤ５０を引きちぎる。

以上の手順で形成された第一ボンド部５４周辺は、図９（ｃ）のように、ワイヤ５０が、第一ボンド部５４の上端から上方に延びた後、緩やかな円弧を描いて、斜め下方向に延びる形状となる。この場合、ループ高さＨＬは、圧着ボール６０の厚みと、円柱部６２の厚みと、円柱部６２から略Ｕ字状に引き出されるワイヤ５０の高さと、の合計となる。このループ高さＨＬは、比較的高く、ワイヤ径φの２倍〜４倍であった。かかる大きなループ高さＨＬは、半導体装置の薄型化、ひいては、半導体装置の小型化、薄型化、高集積化を阻害していた。

そこで、従来から、ループ高さＨＬをより低減でき得る低ループ化技術が検討されている。例えば、図１０に示すように、第一ボンディング点Ｐ１において、圧着ボール６０を形成した後、当該圧着ボール６０の上でワイヤ５０を折り返した後、この折り返したワイヤをキャピラリ１２で押圧する技術が従来、提案されている。具体的には、制御部２４は、圧着ボール６０および円柱部６２が形成されれば、キャピラリ１２を、図１０（ａ）の矢印で示すように、上方、リバース方向、下方、上方へと移動させた後、再び、フォワード方向に移動させ、その地点で一度、再度、下方へと移動させる。これにより、圧着ボール６０の上でワイヤ５０が折り返される。そして、以降は、通常のルーピング動作と同様に、キャピラリ１２を、上方、リバース方向、上方へと移動させて、曲げ癖をつけた後、第二ボンディング点Ｐ２へと移動させる。

かかる技術によれば、ワイヤ５０が、第一ボンド部５４から垂直に立ち上がらず、略水平方向に延びるため、図９で示した技術に比べて、ループ高さＨＬを低減できる。しかし、この技術では、円柱部６２を、横に倒し、この横に倒れた円柱部６２の上にワイヤ５０が載っている。この円柱部６２およびワイヤ５０は、キャピラリ１２により押圧されるものの、単純に押圧しただけでは、その高さを十分に低減することは難しい。特に、円柱部６２は、圧着ボール６０の形成による加工硬化により、他の部分に比べて硬くなっている。かかる円柱部６２は、キャピラリ１２で押圧するだけは、厚みを十分に低減することは難しい。その結果、図１０の技術によるループ高さＨＬは、圧着ボール６０の厚みＢｔとワイヤ径φとの合計程度になることが多く、例えば、ワイヤ径が１８μｍ、圧着ボール６０の厚みＢｔが７μの場合、図１０の技術によるループ高さＨＬは、２５μｍ程度となっていた。

本明細書で開示するワイヤボンディング装置１０では、ループ高さＨＬをより低減する。具体的には、本装置では、圧着ボール６０および円柱部６２を形成後、キャピラリ１２を上方に移動させることなく、そのまま水平移動させることで、円柱部６２をキャピラリ１２で削り、これにより低ループ化を図る。これについて、図４〜図６を参照して説明する。図４は、第一ボンド部５４形成時のキャピラリ１２の移動軌跡を示す図である。また、図５、図６は、第一ボンド部５４を形成する際のキャピラリ１２およびワイヤ５０の動きを示す図である。なお、図５、図６の各図に付されたアルファベットａ〜ｌは、図４に示す軌跡ａ〜ｍに対応している。

第一ボンド部５４を形成する場合、制御部２４は、まず、クランパ２１を開放しておき、その状態で、ＸＹテーブル１８および昇降機構を駆動制御して、キャピラリ１２を、第一ボンディング点Ｐ１の真上に移動させる。続いて、制御部２４は、放電電極２２とワイヤ５０の先端との間に高電圧を印加して、放電を生じさせ、ワイヤ５０の先端にＦＡＢ５２を形成する。

ＦＡＢ５２が形成されれば、制御部２４は、キャピラリ１２を第一ボンディング点Ｐ１に向かって下降させる。このとき、パッド１１２の上面からキャピラリ１２の下端までの距離（以下「圧着高さＨ１」という）は、圧着ボール６０の厚みＢｔの目標値に基づいて決められる。

図４における軌跡ａは、このキャピラリ１２を圧着高さＨ１まで下降する際の軌跡を示している。また、図５の上段左端は、この軌跡ａにおけるキャピラリ１２およびワイヤ５０の様子を示している。また、この下降時、キャピラリ１２には、ボンディングアーム１４を介して超音波振動が付与されてもよい。

キャピラリ１２の下降に伴い、ＦＡＢ５２が、キャピラリ１２のフェース面４４で押圧され、扁平化する。また、ＦＡＢ５２を構成する材料の一部は、キャピラリ１２のホール４０内に充填される。結果として、第一ボンディング点Ｐ１には、図５の上段左端に示す通り、扁平円板状の圧着ボール６０と、当該圧着ボール６０の上に載った円柱部６２と、が形成される。この圧着ボール６０および円柱部６２を形成する工程・処理が、第一工程・第一処理である。

圧着ボール６０が形成されれば、続いて、制御部２４は、キャピラリ１２を、圧着高さＨ１において水平移動させて、円柱部６２をキャピラリ１２で削り取らせる。具体的には、制御部２４は、図４の軌跡ｂで示すように、キャピラリ１２を上昇させることなく、換言すれば、キャピラリ１２のホール４０内に円柱部６２が存在する状態のまま、キャピラリ１２をリバース方向に水平移動させる。図５の上段中央は、このときの様子を示す図である。この場合、当然ながら、ホール４０の内周面と円柱部６２とが干渉することになる。キャピラリ１２が円柱部６２に干渉しながら水平移動することで、円柱部６２がキャピラリ１２により削られる。削られた円柱部６２の材料は、図５の上段中央において、濃墨ハッチングで示すように、一部は、横方向に逃げていき、一部は、ホール４０の内部に逃げていく。いずれにしても、キャピラリ１２が、圧着ボール６０形成後に上昇することなく水平移動することで、円柱部６２が削り取られる。この円柱部６２を削り取る工程・処理が、第二工程・第二処理に該当する。

ここで、このキャピラリ１２の水平移動の距離（軌跡ｂの移動距離）は、特に限定されない。ただし、この第二工程（軌跡ｂ）は、円柱部６２を削ることを目的とするため、当該第二工程では、キャピラリ１２を、円柱部６２の直径以上、水平移動させることが望ましい。また、キャピラリ１２の水平移動の方向は、円柱部６２を削り取れるのであれば、リバース方向でもよいし、フォワード方向でもよい。また、キャピラリ１２は、円柱部６２を削り取れるのであれば、リバース方向およびフォワード方向に１回以上進退してもよい。また、この削り取り動作を円滑に行なうため、軌跡ｂの移動中も、キャピラリ１２に超音波振動を付与してもよい。

第二工程が終われば、続いて、制御部２４は、圧着高さＨ１より高い移動高さＨ２においてキャピラリ１２をフォワード方向に移動させるとともに、当該移動の途中でキャピラリ１２を昇降させる踏み付け動作を１回以上繰り返させる第三工程（第三処理）を実行する。軌跡ｃ〜軌跡ｋは、この第三工程におけるキャピラリ１２の移動軌跡を示している。また、図５の上段右端から図６の下段中央は、この第三工程の様子を示している。

具体的に説明すると、円柱部６２が削り取れれば、制御部２４は、キャピラリ１２を上方に移動（軌跡ｃ）させた後、フォワード側に所定距離、移動（軌跡ｄ）させる。これにより、図５の上段右端、および、下段左端に示すように、ワイヤ５０が、フォワード側に折り返され、圧着ボール６０の上に載る。この状態になれば、制御部２４は、キャピラリ１２を、下方に移動（軌跡ｅ）させ、図５の下段中央に示す通り、圧着ボール６０の上のワイヤ５０をキャピラリ１２のフェース面４４で踏みつける。これにより、踏み潰されたワイヤ５０の材料の一部は、キャピラリ１２の外側に逃げ、他の一部は、キャピラリ１２のホール４０の内部に逃げる。その一方で、フェース面４４の真下における第一ボンド部５４の厚みは、大幅に低減される。

ここで、この折り返されたワイヤ部分には、円柱部６２を構成していた材料（濃墨ハッチング箇所）が含まれる。円柱部６２は、既述したとおり、他の箇所に比べて、硬くなっている。そのため、もともとの円柱部６２は、キャピラリ１２で踏みつけただけでは、変形しにくく、厚みも低減されにくい。しかし、この時点で、円柱部６２は、キャピラリ１２により削られ、破壊されている。そのため、キャピラリ１２で踏みつけることで、容易に変形し、厚みも低減される。

なお、ワイヤ５０をフェース面４４で踏みつける際、キャピラリ１２に超音波振動を付与してもよい。いずれにしても、このように、キャピラリ１２を、一時的に下降させる動作（軌跡ｅ，ｈ，ｋの動作）を、以下では、「踏み付け動作」と呼ぶ。

制御部２４は、この踏み付け動作を、ワイヤ５０が圧着ボール６０のフォワード側端部に到達するまで、水平位置を変えながら複数回繰り返す。本例では、制御部２４は、踏み付け動作を、３回行っている。図４の軌跡ｅ、図５の下段中央は、１回目の踏み付け動作を示している。また、図４の軌跡ｈ、図５の下段左は、２回目の踏み付け動作を示し、図４の軌跡ｋ、図６の下段中央は、３回目の踏み付け動作を示している。図５、図６から明らかなとおり、ワイヤ５０が圧着ボール６０のフォワード側端部に到達するまで、踏み付け動作を繰り返すことで、第一ボンド部５４の厚みを薄く保ったまま、ワイヤ５０を、圧着ボール６０のフォワード側端部から引き出すことができる。

ここで、この踏み付け動作を行なう回数、および、水平間隔（軌跡ｄ，ｇ，ｊの距離）は、ホール４０よりリバース側にあるフェース面４４で、圧着ボール６０の上に載るワイヤ５０全体を満遍なく踏みつけられるように設定されることが望ましい。

また、移動高さＨ２は、ワイヤ５０の折り返しが可能な範囲で設定される。すなわち、ワイヤ径φに比べて移動高さＨ２が過度に小さいと、ワイヤ５０が倒れにくく、ワイヤ５０を折り返せない。一方で、移動高さＨ２が必要以上に大きいと、その分、余計な時間がかかる。そこで、使用するワイヤ５０の径や材質に応じた移動高さＨ２の適した値を、予め実験などにより求めておき、制御部２４に記憶しておくことが望ましい。

踏み付け時におけるキャピラリ１２の高さ、すなわち、踏み付け高さＨ３は、圧着高さＨ１とほぼ同じであることが望ましい。ただし、実際には、キャピラリ１２に踏みつけられるワイヤ５０からの抵抗力などにより、Ｈ３＝Ｈ１とすることは難しく、実際には、Ｈ３＜Ｈ１となる。踏み付け高さＨ３と圧着高さＨ１との差分ΔＨは、第一ボンド部５４の厚みに大きく影響する。そのため、使用するワイヤ５０の径や材料ごとに差分ΔＨの適した値も、予め実験などにより求めておき、制御部２４に記憶しておくことが望ましい。

第三工程が完了すれば、制御部２４は、ワイヤ５０を第二ボンディング点Ｐ２へと引き出すルーピング動作を実行する。具体的には、制御部２４は、最後の踏み付け動作が完了すれば、踏み付け高さＨ３において、キャピラリ１２をフォワード方向に移動（図４の軌跡ｌ）させた後、上方に移動（図４の軌跡ｍ）させて、ワイヤ５０に曲げ癖をつける。その後、制御部２４は、キャピラリ１２を、第二ボンディング点Ｐ２に向かって斜め下方向に移動させる。

キャピラリ１２が第二ボンディング点Ｐ２に到達すれば、制御部２４は、キャピラリ１２を、第二ボンディング点Ｐ２に向かって下降させ、ワイヤ５０をリード１２２に押し付ける。このとき、必要であれば、キャピラリ１２に超音波振動を付与する。この押し付けにより、第二ボンディング点Ｐ２（リード１２２）には、第二ボンド部５８となるステッチボンドが形成される。この状態になれば、制御部２４は、キャピラリ１２を、僅かに上昇させた後、クランパ２１を閉鎖する。そして、クランパ２１を閉鎖した状態で、キャピラリ１２を横移動させることで、ワイヤ５０を引きちぎる。

以上の説明で明らかなとおり、本明細書で開示するワイヤボンディング装置１０では、圧着ボール６０および円柱部６２を形成後、キャピラリ１２を圧着高さＨ１で水平移動させることで、圧着ボール６０の上に位置する円柱部６２を削り取っている。さらに、円柱部６２を削り取った後、圧着ボール６０の上に折り重なるワイヤ５０を、キャピラリ１２で踏みつけている。これにより、第一ボンド部５４の厚みを大幅に低減でき、ひいては、ワイヤループのループ高さＨＬを大幅に低減できる。

図７は、本明細書で開示するワイヤボンディング装置１０によるワイヤボンディングの実験結果を示す表である。実験では、φ＝１８μｍの金線ワイヤを用いて、ワイヤループを３０回形成し、各ワイヤループの、圧着ボール６０の厚みＢｔ、ループ高さＨＬ、および、プル強度を計測した。

図７に示すように、本明細書に開示の技術によれば、圧着ボール６０の厚みＢｔは、６．６μｍ〜７．２μｍ（平均６．９μｍ）であり、ループ高さＨＬは、１９．８μｍ〜２１．５μｍ（平均２０．５μｍ）となっている。一方、図１０に示した従来技術におけるループ高さＨＬは、既述したとおり、圧着ボール６０の厚みとワイヤ径との合計値程度であり、φ＝１８μｍの場合、２５μｍ前後である。つまり、本明細書に開示の技術によれば、図１０に示した従来技術に比べて、ループ高さＨＬを約２０％も低減できている。また、ワイヤループのプル強度は、図７に示す通り、２．０ｇｆ〜２．４ｇｆであり、低ループでありながら、十分な強度を有していることが分かる。

図８は、本明細書に開示の技術で形成された第一ボンド部５４の一例を示す画像である。図８に示すように、本例の第一ボンド部５４では、扁平円板状の圧着ボール６０の上に、所定間隔で圧着ボール６０に向かって押し潰されたワイヤ５０の一部が載っている。また、ワイヤ５０は、圧着ボール６０のフォワード側端部からほぼ水平に引き出されており、ループ高さＨＬは、ワイヤ径φの１．１〜１．２倍程度に抑えられていることが分かる。

次に、制御部２４によるキャピラリ１２の移動シーケンスの自動生成の流れについて説明する。既述したとおり、制御部２４は、キャピラリ１２の移動シーケンスを自動生成する。この移動シーケンスの自動生成のため、オペレータは、予め、少なくとも、キャピラリ１２のサイズ情報、ワイヤ情報、圧着ボール６０のサイズ情報を入力する。ここで、キャピラリ１２のサイズ情報としては、キャピラリ１２先端部の各部の寸法値、すなわち、ホール径Ｈ、チャンファー径ＣＤ、外径Ｔ、フェース幅Ｗ等が含まれる。また、こうした各部の寸法値に替えて、オペレータは、キャピラリ１２の識別情報（例えば型番）のみを入力するようにしてもよい。この場合、制御部２４は、予め、複数種類のキャピラリ１２の寸法値を識別情報と対応付けて記憶しておき、オペレータから入力された識別情報に基づいて、実際に使用するキャピラリ１２の寸法値を特定する。

ワイヤ情報としては、使用するワイヤの径および材質などが含まれる。また、圧着ボール６０のサイズ情報としては、形成したい圧着ボール６０の直径Ｄおよび厚みＢｔの目標値が含まれる。なお、圧着ボール６０の直径Ｄおよび厚みＢｔの目標値は、制御部２４が、他の情報に基づいて、自動的に算出するようにしてもよい。例えば、制御部２４は、使用するキャピラリ１２の形状およびワイヤの径ごとに、形成可能な圧着ボール６０の直径Ｄおよび厚みＢｔを記憶しておき、オペレータから入力されたキャピラリ１２のサイズ情報およびワイヤ情報から、圧着ボール６０の直径Ｄおよび厚みＢｔを自動的に特定してもよい。

また、制御部２４は、シーケンスの生成に先立って、第一ボンディング点Ｐ１および第二ボンディング点Ｐ２の位置情報、すなわち、半導体チップ１１０のパッド１１２およびリードフレーム１２０のリードの位置情報も取得する。こうした位置情報は、オペレータが入力してもよいし、制御部２４において、自動的に取得してもよい。すなわち、例えば、ボンディングアーム１４の近傍に、当該ボンディングアーム１４とともに移動するカメラを設けておき、制御部２４は、当該カメラで撮像して得られた画像に基づいて、第一ボンディング点Ｐ１および第二ボンディング点Ｐ２の位置を算出してもよい。

これらの情報が取得できれば、制御部２４は、各移動軌跡ごとのキャピラリ１２の移動位置を算出する。ここでは、特に、第一ボンド部５４形成のための軌跡ｂ〜ｋにおける移動位置の算出について説明する。制御部２４は、キャピラリ１２の移動位置を算出するために、高さＨ１〜Ｈ３、および、水平移動量Ｌｂ，Ｌ１〜Ｌ３などを算出する。

具体的には、制御部２４は、第一工程（圧着ボール６０および円柱部６２の形成時）における、パッド１１２上面からキャピラリ１２の下端までの距離である圧着高さＨ１を、圧着ボール６０の厚みＢｔから算出する。また、制御部２４は、第三工程において、キャピラリ１２を水平移動させる際の高さである移動高さＨ２を、ワイヤ５０の種類（径、材質など）に基づいて決定する。さらに、制御部２４は、第三工程において、ワイヤ５０をキャピラリ１２で踏みつける際の高さである踏み付け高さＨ３を、圧着高さＨ１およびワイヤ５０の種類（径、材質）に基づいて決定する。すなわち、踏み付け高さＨ３は、圧着高さＨ１に、ワイヤ５０の種類などによって決まる余裕分ΔＨを付加した値となる。

さらに、制御部２４は、円柱部６２の最大直径（すなわちチャンファー径ＣＤ）に基づいて、第二工程における水平移動距離Ｌｂを決定する。また、制御部２４は、第三工程における踏み付け動作の回数Ｎ、および、踏み付け動作の水平間隔Ｌ１〜ＬＮを、キャピラリ１２の形状および圧着ボール６０の形状に基づいて算出する。これらの値Ｎ，Ｌ１〜ＬＮは、圧着ボール６０の上に載るワイヤ５０が、キャピラリ１２のフェース面４４で、満遍なく踏み付け出来るように設定される。

各軌跡の高さＨ１〜Ｈ３、水平移動量Ｌｂ，Ｌ１〜ＬＮが算出できれば、制御部２４は、これらの値と、第一ボンディング点Ｐ１、第二ボンディング点Ｐ２の位置情報などを組み合わせて、キャピラリ１２の移動シーケンスを生成する。

以上の説明から明らかなとおり、本明細書で開示するワイヤボンディング装置１０によれば、ループ高さＨＬを低減したワイヤループを形成できる。また、本明細書で開示するワイヤボンディング装置１０によれば、こうした低ループを実現できるキャピラリ１２の移動シーケンスが、キャピラリ１２の形状情報、ワイヤ情報、圧着ボール６０の形状情報に基づいて自動的に生成できる。これにより、オペレータの手間を軽減できる。

なお、これまで説明した構成は、一例であり、少なくとも、圧着ボール６０および円柱部６２を形成する第一処理（第一工程）と、円柱部６２を削るためにキャピラリ１２を水平移動させる第二処理（第二工程）と、キャピラリ１２をフォワード方向に移動させる途中で１回以上、踏み付け動作を行なう第三処理（第三工程）と、を実行させる制御部２４を有するのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。

１０ ワイヤボンディング装置、１２ キャピラリ、１４ ボンディングアーム、１６ ボンディングヘッド、１８ ＸＹテーブル、２０ ステージ、２１ クランパ、２２ 放電電極、２４ 制御部、４０ ホール、４２ チャンファー面、４４ フェース面、５０ ワイヤ、５４ 第一ボンド部、５８ 第二ボンド部、６０ 圧着ボール、６２ 円柱部、１１０ 半導体チップ、１１２ パッド、１２０ リードフレーム、１２２ リード。

Claims (6)

1. 被実装体に設けられた第一ボンディング点と第二ボンディング点との間をワイヤで接続するワイヤボンディング装置であって、
   前記ワイヤを保持するキャピラリと、
   前記キャピラリを被実装体に対して移動させる移動機構と、
   前記移動機構の駆動を制御する制御部と、
   を備え、前記制御部は、少なくとも、
   前記ワイヤの先端にフリーエアーボールが形成された後、前記キャピラリを前記第一ボンディング点に向かって規定の圧着高さまで下降させることで、前記第一ボンディング点に圧着ボールおよび前記圧着ボールの上に位置する円柱部を形成させる第一処理と、
   前記第一処理の実行後、前記圧着高さにおいて、前記キャピラリを水平移動させることで、前記円柱部を前記キャピラリで削り取らせる第二処理と、
   前記第二処理の実行後、前記圧着高さより高い移動高さにおいて前記キャピラリを前記第二ボンディング点に近づく方向であるフォワード方向に移動させるとともに、当該移動の途中で前記圧着ボールの上に重なるワイヤ部分を前記キャピラリで踏みつけるべく前記キャピラリを一時的に下降させる踏み付け動作を１回以上繰り返させる第三処理と、
   を実行させることを特徴とするワイヤボンディング装置。
2. 請求項１に記載のワイヤボンディング装置であって、
   前記制御部は、前記第二処理において、前記キャピラリを、前記第二ボンディング点から離れる方向であるリバース方向に水平移動させる、ことを特徴とするワイヤボンディング装置。
3. 請求項１または２に記載のワイヤボンディング装置であって、
   前記制御部は、前記第二処理において、前記キャピラリを、少なくとも、前記円柱部の直径以上、水平移動させる、ことを特徴とするワイヤボンディング装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤボンディング装置であって、
   前記制御部は、前記第三処理において、前記圧着ボールの上に重なるワイヤ部分が満遍なく前記キャピラリで押圧されるべく、前記キャピラリの水平位置を変えながら、前記踏み付け動作を２回以上行なわせる、ことを特徴とするワイヤボンディング装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のワイヤボンディング装置であって、
   前記制御部は、前記キャピラリの形状情報と、前記圧着ボールの目標形状情報と、前記ワイヤの情報と、に基づいて前記キャピラリの移動シーケンスを生成する、ことを特徴とするワイヤボンディング装置。
6. 第一ボンディング点と第二ボンディング点との間をキャピラリによりワイヤで接続することで半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
   前記キャピラリに挿通された前記ワイヤの先端にフリーエアーボールが形成された後、前記キャピラリを前記第一ボンディング点に向かって規定の圧着高さまで下降させることで、前記第一ボンディング点に圧着ボールおよび前記圧着ボールの上に位置する円柱部を形成する第一工程と、
   前記第一工程の実行後、前記圧着高さにおいて、前記キャピラリを水平移動させることで、前記円柱部を前記キャピラリで削り取る第二工程と、
   前記第二工程の実行後、前記圧着高さより高い移動高さにおいて前記キャピラリを前記第二ボンディング点に近づく方向であるフォワード方向に移動させるとともに、当該移動の途中で前記圧着ボールの上に重なるワイヤ部分を前記キャピラリで踏みつけるべく前記キャピラリを昇降させる踏み付け動作を１回以上繰り返す第三工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。