(57)【要約】【課題】  通常のキャピラリを用いて、容易にキャピラリの垂直性を調整でき、前もってキャピラリの不良を知ることにより、半導体装置の歩留まりを低減させ、信頼性を向上させることができるワイヤボンディング装置を提供する。【解決手段】  ワイヤが貫挿されるホール８を有するキャピラリ１と、試料を載置するステージ５と、キャピラリ１に超音波振動を与える超音波ホーン２と、レーザー光１４を照射する発光装置６と、発光装置６に対向して設けられ、発光装置６のレーザー光１４を受光する受光装置７と、発光装置６のレーザー光１４をキャピラリ１のホール８を貫通させて発光装置６に照射するように、発光装置６及び受光装置７との間にキャピラリ１を移動させるキャピラリ移動手段と、受光装置７による受光に基づいてキャピラリ１の不良、及びステージ５に対するキャピラリ１の垂直度の少なくとも一方を検出する検出手段を備えるワイヤボンディング装置。【選択図】  図１
2006319177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤが貫挿されるホールを有するキャピラリと、
試料を載置するステージと、
前記キャピラリに超音波振動を与える超音波ホーンと、
光を照射する発光装置と、
前記発光装置に対向して設けられ、前記発光装置の照射光を受光する受光装置と、
前記発光装置の照射光を前記キャピラリのホールを貫通させて前記受光装置に照射するように、前記発光装置及び前記受光装置との間に前記キャピラリを移動させるキャピラリ移動手段と、
前記受光装置による受光に基づいて前記キャピラリのホール不良、及び前記ステージに対する前記キャピラリの垂直度の少なくとも一方を検出する検出手段とを備えることを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記キャピラリのホールを貫通した光の径、真円度及び受光量の少なくとも一つを検出することを特徴とする請求項1記載のワイヤボンディング装置。
【請求項３】
前記キャピラリ移動手段は、前記超音波ホーンを移動させることを特徴とする請求項1又は請求項２に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項４】
更に、前記超音波ホーンと前記ステージの一方の傾きを調整するための傾き調整手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか１項に記載のワイヤボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤボンディング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ワイヤボンディング装置においては、ある回数ボンディングを行うと、キャピラリの交換が必要なる。しかし、このキャピラリの交換は、キャピラリとボンディングを施す試料、例えば半導体チップを載置するステージとの垂直度を悪くしてしまうという問題点がある。
【０００３】
従来のキャピラリの取り付けでは、ある程度の垂直性を維持できるように設計されているが、キャピラリの垂直度にばらつきがあることがわかっている。近年、半導体チップの微細化に伴い、更なるボンディング精度が求められていることから、この垂直度のばらつきは、半導体チップのボンディング不良やそれに伴う信頼性の悪化を引き起こす可能性がある。
【０００４】
また、キャピラリの交換には、次のような問題点も見られる。それは、新しいキャピラリに交換したとしても、新しいキャピラリのホール不良がある場合である。この場合、キャピラリのホール不良は、ボンディング前に事前に判断することができず、ボンディングを行っている途中で不良であることに気づくことが多い。つまり、キャピラリのホール不良に気づくまでの間、半導体チップには、所望のワイヤボンディングがされておらず、ボンディング不良を引き起こしている可能性がある。
【０００５】
ここで、キャピラリのホール不良としては、ワイヤを通すキャピラリのホール径が、所望の径になっていないことやホールの途中が細くなっていることなどが挙げられる。このキャピラリのホール不良により発生する半導体チップのボンディング不良が、半導体チップの信頼性の低下や歩留まりの低下を引き起こしてしまう。
【０００６】
そこで、従来、前者のキャピラリの垂直度を改善するために、キャピラリとステージを垂直に調整するようにしたワイヤボンディング装置が提案されている（例えば、特許文献1参照。）。
【０００７】
このワイヤボンディング装置は、超音波ホーンの先端部に取り付けられるキャピラリに発光部と受光部が設けられている。この発光部及び受光部は、キャピラリのホール周辺に一つの発光部と複数の受光部が円状に配列されている。そして、発光部から照射されたレーザー光をステージで反射させ、その反射光を複数の受光部で受光し、それぞれの受光部で受光した光の反射光強度からキャピラリとステージとの垂直性を検出し、その検出結果に基づいて、キャピラリに対してステージの垂直度を調整している。
【０００８】
しかしながら、上記ワイヤボンディング装置では、キャピラリに発光部と受光部を設ける必要があり、キャピラリが高価となるという問題点がある。また、上記ワイヤボンディング装置では、後者のキャピラリのホール不良問題については何ら対策がなされておらず、交換したキャピラリのホール不良を事前に検出することができず、半導体チップの信頼性の低下や歩留まりの低下を引き起こすという問題点がある。
【特許文献１】特開平６−１１２２６０号公報（第６頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、特殊なキャピラリを用いることなく、キャピラリの交換時にステージに対するキャピラリの垂直度及び／又はホール不良を検出することができるワイヤボンディング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一態様のワイヤボンディング装置は、ワイヤが貫挿されるホールを有するキャピラリと、試料を載置するステージと、前記キャピラリに超音波振動を与える超音波ホーンと、光を照射する発光装置と、前記発光装置に対向して設けられ、前記発光装置の照射光を受光する受光装置と、前記発光装置の照射光を前記キャピラリのホールを貫通させて前記発光装置に照射するように、前記発光装置及び前記受光装置との間に前記キャピラリを移動させるキャピラリ移動手段と、前記受光装置による受光に基づいて前記キャピラリのホール不良、及び前記ステージに対する前記キャピラリの垂直度の少なくとも一方を検出する検出手段とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、特殊なキャピラリを用いることなく、キャピラリの交換時にステージに対するキャピラリの垂直度及び／又はホール不良を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の実施例に係るワイヤボンディング装置の構造を示す斜視図である。図２は、本発明の実施例に係るワイヤボンディング装置によりホールの状態、及びステージに対するキャピラリの傾きの検出を説明するための概念図である。
【００１４】
まず、図１に示すように、本実施例のワイヤボンディング装置は、試料にワイヤをボンディングするためのキャピラリ１と、キャピラリ１を支持する超音波ホーン２と、キャピラリ１や超音波ホーン２を駆動する駆動装置３と、駆動装置３を載置するための台座４と、半導体チップなどの試料を載置するための平板状のステージ５と、ステージ５外に設けられた発光装置６及び受光装置７とを備えている。
【００１５】
キャピラリ１は金属系材料からなり、先端部がテーパ状に細くなった円柱状構造に形成され、この円柱の中心軸を中心として中心軸方向に延在して形成されたホール８にワイヤボンディング用の金属ワイヤが貫挿されて先端部より導出される。
【００１６】
超音波ホーン２は、その先端部にキャピラリ１を支持し、基端部が駆動装置３に支持されている。また、超音波ホーン２は、超音波発生装置９に連結されており、この超音波発生装置９は、キャピラリ１の先端部から導出した金属ワイヤを試料のボンディング個所にボンディングする際に超音波ホーン２を介してキャピラリ１に超音波振動を与えるようになっている。
【００１７】
駆動装置３は、キャピラリ移動手段である伸縮駆動機構１０、上下動駆動機構１１及びキャピラリの傾きを調整する傾き調整手段である傾き調整駆動機構１２を備えており、後述の制御装置１５によってそれぞれ駆動制御される。
【００１８】
伸縮駆動機構１０は、キャピラリ１の垂直度及び／又はホール不良を検出する際に、超音波ホーン２を図中のＸ方向（矢印方向）に伸縮し、超音波ホーン２の先端部に備え付けのキャピラリ１をステージ５近傍に配置された発光装置６と受光装置７の間まで移動させることができるようになっている。
【００１９】
上下動駆動機構１１は、ワイヤボンディングの際に、キャピラリ１をＺ方向（上下方向）に駆動できるようになっている。
【００２０】
また、キャピラリ１の傾き調整駆動機構１２は、キャピラリ１をステージ５に対して垂直にするために、超音波ホーン２をＸＹ方向に傾けることにより、キャピラリ１のＸＹ方向の傾きを調整できるようになっている。ここで、キャピラリ１をステージ５に対して垂直にするために、超音波ホーン２をＸＹ方向に傾けて、傾きの調整を行っているが、それ以外にもステージ５をＸＹ方向に傾けることにより、キャピラリ１をステージ５に対して垂直にしてもかまわない。
【００２１】
ＸＹステージ１３は、駆動部１９によりＸＹ方向に移動し得るように台座４上に設けられ、このＸＹステージ１３上には駆動装置３が搭載されてなり、ワイヤボンディングの際に、超音波ホーン２をＸＹ方向に駆動制御してキャピラリ１を所定のボンディング個所に移動させるようになっている。また、このＸＹステージ１３は、駆動装置３の伸縮駆動機構１０と協働してキャピラリ１を発光装置６と受光装置７の間に移動させるようにしても良い。
【００２２】
発光装置６は、例えば、半導体レーザーや発光ダイオードなどで、ここでは半導体レーザーからなり、ステージ５近傍の上方に設置されている。
【００２３】
また、受光装置７は、例えば、フォトダイオードからなり、ステージ５近傍の下方に発光装置６と対向して設置され、発光装置６から照射されたレーザー光１４を受光するようになっている。ここで、受光装置７は、発光装置６からのレーザー光１４の光軸上に配置され、ステージ５端部直近に設けられている。
【００２４】
制御装置１５は、図２に示すように、コンピュータ等からなり、制御部１６とメモリ等の記憶部１７を有し、制御部１６は、超音波発生装置９、伸縮駆動機構１０、上下駆動機構１１、傾き調整駆動機構１２、ＸＹステージ１３、発光装置６及び受光装置７などの駆動制御を行うようになっている。また、制御部１６は、発光装置６に対するレーザー光１４の制御及び受光装置７で受光したレーザー光１４の情報処理を行うようになっている。
【００２５】
記憶部であるメモリ１７には、正常なホール８を有するキャピラリ１がステージ５に対して垂直に取り付けられた場合における、受光装置７のレーザー光１４の情報（形状、直径、光強度等の情報）が予め記憶されるようになっている。
【００２６】
次に、本実施例におけるワイヤボンディング装置において、交換したキャピラリの垂直度及びホールの良否を検出する手順を図３に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２７】
まず、正常なホール径を有するキャピラリ１を図示略の取り付け治具を用いて超音波ホーン２に取り付ける（ステップＳ１）。
【００２８】
次に、制御装置１５の制御部１６により伸縮駆動機構１０を駆動制御し、超音波ホーン２を駆動してキャピラリ１を発光装置６と受光装置７の間に移動させる。このとき、キャピラリ１は、キャピラリ１のホール８が発光装置６のレーザー光１４の光軸と同軸になるように配置される。そして、この状態で、制御部１６により発光装置６を駆動し、キャピラリ１にレーザー光１４を照射し、ホール８を通過したレーザー光１４を受光装置７で受光して光―電気変換し、レーザー光１４の形状、直径、光強度等を検出、即ち測定する（ステップＳ２）。
【００２９】
次に、キャピラリ１がステージ５に対して垂直であるかを判断するために、受光装置７で受光したレーザー光１４の形状が、真円であるか否かの判断を行う（ステップＳ３）。このとき、このレーザー光１４の形状が真円である場合、つまり、キャピラリ１がステージ５に対して垂直である場合は、図４（ａ）に示すように、このレーザー光１４の形状は真円を描く。逆に、真円でない場合、つまり、キャピラリ１がステージに対して垂直でない場合、レーザー光１４の形状は、図４（ｂ）又は図４（ｃ）に示すように、楕円形を描く。この楕円形の形状が、例えば、図４（ｂ）のような横長形状のときは、Ｙ方向において左右どちらかに傾いており、図４（ｃ）のような縦長形状のときは、Ｘ方向において前後どちらかに傾いていることになり、キャピラリ１がＸＹ方向のどちらに傾いているかがわかる。さらに楕円の大きさからどのくらい傾いているかも判断することができる。
【００３０】
従って、キャピラリ１が垂直でない場合、受光したレーザー光１４の楕円形状から制御部１６において傾き量を算出し、傾き調整駆動機構１２を駆動制御してキャピラリ１及び超音波ホーン２の傾きを微調整し、キャピラリ１をボンディングステージ５に対して垂直になるように調整する（ステップＳ４）。そして、再度、ステップＳ２、ステップＳ３の手順を繰り返す。
【００３１】
次に、この正常なキャピラリ１がステージ５に対して垂直な場合は、ホール８を通過したレーザー光１４は真円を描くので、ステップＳ２で測定した正常なキャピラリ１の情報をメモリ１７に記憶させる（ステップＳ５）。
【００３２】
次に、キャピラリ取り付け治具を用いて超音波ホーン２の正常なキャピラリ１を、使用予定のキャピラリ１に交換する（ステップＳ６）。
【００３３】
その後、制御装置１５の制御部１６により伸縮駆動機構１０を駆動し、超音波ホーン２を伸長させてキャピラリ１を発光装置６と受光装置７の間に移動させる（ステップＳ７）。このとき、キャピラリ１はホール８が発光装置６のレーザー光１４の光軸と同軸になるように配置される。
【００３４】
次に、この状態で、制御部１６により発光装置６を駆動し、キャピラリ１にレーザー光１４を照射し、ホール８を通過したレーザー光１４を受光装置７で受光して光―電気変換し、レーザー光１４の形状、直径、光強度等を測定する（ステップＳ８）。
【００３５】
そして、ステップＳ８で測定したホール８の情報を制御部１６に出力し、その情報（形状、直径、光強度等）に基づきキャピラリ１の垂直性及びホールの良否を判断する。
【００３６】
まず、上記ステップＳ８において測定したホール８の形状が真円であるかの判断を行う（ステップＳ９）。このとき、上述したステップＳ３と同様の方法で垂直度を判断し、キャピラリ１がステージ５に対して垂直でない場合は、ステップＳ４と同様の方法で傾き調整駆動機構１２を駆動制御してキャピラリ１及び超音波ホーン２の傾きを微調整し、キャピラリ１をステージ５に対して垂直になるように調整する（Ｓ１０）。そして、再度、ステップＳ８、ステップＳ９の手順を繰り返す。
【００３７】
次に、この正常なキャピラリ１がステージ５に対して垂直な場合は、ホール８を通過したレーザー光１４は真円を描くので、Ｓ５においてメモリ１７に予め記憶している正常なホール８の形状情報と上記ステップＳ８において測定したホール８の形状情報とを制御部１６において比較し、ホール８の真円度、直径等の形状及び／又は光強度等からキャピラリ１のホール８の良否を判断する（ステップＳ１１）。
【００３８】
また、制御部１６により画像処理を行い、ワイヤボンディング装置に組み込まれた図示略のモニター画面にホール８を通過したレーザー光１４の形状、光強度等を映し出し、視認によりホール８の良否を判断しても良い。即ち、モニター画面には、正常なホール８を有するキャピラリ１の場合、図５に実線で示すように、真円で所定の直径及び所定の照度を有する画像が表示され、一方、ホール８が変形している場合、つまり所定径より大きいか若しくは小さい場合等のホール８不良の場合には、図５の破線で示すように、所定径に比べて大または小の径の真円又は所定の照度に比べて暗い画像が表示されるので、両者の画像よりホール８の良否が判断される。
【００３９】
上記ステップＳ１１のホール８の良否の判断の結果、ホール８不良の場合には、ステップＳ６に戻りキャピラリ１を交換してステップＳ６からステップＳ１１の手順を繰り返す。
【００４０】
一方、ホール８が正常と判断されたキャピラリ１については、キャピラリ１をステージ５上の元の位置に戻し、通常のワイヤボンディングを開始する。
【００４１】
以上説明したように、本発明の実施例のワイヤボンディング装置によれば、新たに交換したキャピラリ１に発光装置６からレーザー光１４を照射してホール８内を通過させ、受光装置７によりレーザー光１４の真円度及び／又は受光量を測定する。そして、この測定した真円度及び／又は受光量と正常なホールを有し、且つステージに対して垂直なキャピラリ１の場合のレーザー光１４の真円度及び又は受光量とを比較することにより、キャピラリ１のホール８の良否、キャピラリ１とステージ５との垂直性を容易に判断することができる。
【００４２】
従って、ボンディング不良を減らすことができ、半導体チップの信頼性を向上することができる。また、本実施例で用いるキャピラリ１は、通常用いているキャピラリ１をそのまま用いることができるので、製造コストを抑えることができる。
【００４３】
本発明は、上述したような実施例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【００４４】
例えば、上記実施例においては、キャピラリ１を発光装置６及び受光装置７の間に移動させる手段として、超音波ホーン２を矢印方向に伸ばし、発光装置６及び受光装置７の間に移動させているが、台座４に備え付けのＸＹステージ１３を用いて、駆動装置４全体を移動させることにより、発光装置６及び受光装置７の間にキャピラリ１を移動させることもできる。その場合、発光装置６及び受光装置７は必ずしも、超音波ホーン２の伸びる方向（ｘ軸方向）に設置する必要はなく、ＸＹステージ１３により超音波ホーン２の先端部のキャピラリ１が発光装置６及び受光装置７の間に移動できる場所に発光装置６及び受光装置７を取り付けてもよい。
【００４５】
また、キャピラリ１とステージ５との垂直性の微調整は、制御部と傾き調整機構により自動的に行うようにしているが、モニター画面を見ながらマニュアルで垂直性の微調整を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例に係るワイヤボンディング装置の構造を示す斜視図。
【図２】本発明の実施例に係るワイヤボンディング装置の垂直性を判断するときのキャピラリ付近の構造を示す断面図。
【図３】本発明の実施例に係るワイヤボンディング装置の一連の動作を示すフローチャート。
【図４】本発明の実施例に係るワイヤボンディング装置の受光装置に光が照射されたときの受光面を示す平面図。
【図５】本発明の実施例に係るワイヤボンディング装置の受光装置に光が照射されたときの受光面を示す平面図。
【符号の説明】
【００４７】
１． キャピラリ
２． 超音波ホーン
３． 駆動装置
４． 台座
５． ステージ
６． 発光装置
７． 受光装置
８． ホール
９． 超音波発生装置
１０．伸縮駆動機構
１１．上下駆動機構
１２．傾き調整駆動機構
１３．ＸＹステージ
１４．レーザー光
１５．制御装置
１６．制御部
１７．メモリ
１８．受光面
１９．駆動部
【図１】
2006319177.tif 000003
【図２】
2006319177.tif 000004
【図３】
2006319177.tif 000005
【図４】
2006319177.tif 000006
【図５】
2006319177.tif 000007