(57)【要約】【課題】ペレットにワイヤボンディングを行う際の位置あわせ工程において、ボンディングワイヤのボールをつぶすことなく処理を迅速に行う。【解決手段】キャピラリを含むボンディングツールを用いて、処理対象のペレットを当該ペレットが載置された基体とボンディングワイヤで接続する際のペレットの位置あわせを行う工程は、キャピラリが平面視でペレットが配置されるべき位置あわせ領域と重ならない位置かつキャピラリの先端が位置あわせ領域に配置されるべきペレットの上面よりも低い位置になるようにボンディングツールを垂直方向に移動した後、ボンディングツールを水平移動させ、キャピラリの側面にかかる水平方向の荷重を検知することにより、位置あわせ領域におけるペレットの存在の有無を判断する工程を含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャピラリを含むボンディングツールを用いて、処理対象のペレットを当該ペレットが載置された基体とボンディングワイヤで接続する際の前記ペレットの位置あわせを行う工程と、
前記ペレットを前記基体とボンディングワイヤで接続する工程と、
を含み、
前記ペレットの位置あわせを行う工程は、
前記キャピラリが平面視で前記ペレットが配置されるべき位置あわせ領域と重ならない位置かつ前記キャピラリの先端が前記位置あわせ領域に配置されるべきペレットの上面よりも低い位置になるように前記ボンディングツールを垂直方向に移動した後、前記ボンディングツールを水平移動させ、前記キャピラリの側面にかかる水平方向の荷重を検知することにより、前記位置あわせ領域におけるペレットの存在の有無を判断する工程を含むワイヤボンディング方法。
【請求項２】
請求項１に記載のワイヤボンディング方法において、
前記ペレットの位置あわせを行う工程は、前記位置あわせ領域に配置されるべきペレットの上面を撮像した撮像パターンを予め記憶した画像パターンと比較する画像マッチングを行う工程をさらに含み、前記画像マッチングを行う工程においてもマッチングが行えない場合に、前記水平方向の荷重を検知することにより、前記位置あわせ領域におけるペレットの存在の有無を判断する工程を行うワイヤボンディング方法。
【請求項３】
請求項２に記載のワイヤボンディング方法において、
前記水平方向の荷重を検知することにより、前記位置あわせ領域におけるペレットの存在の有無を判断する工程において、前記位置あわせ領域にペレットが存在すると判断された場合に、処理を停止してエラー通知を行う工程と、
前記水平方向の荷重を検知することにより、前記位置あわせ領域におけるペレットの存在の有無を判断する工程において、前記位置あわせ領域にペレットが存在しないと判断された場合に、当該ペレットに対する前記ボンディングワイヤで接続する工程をスキップしする工程と、
をさらに含むワイヤボンディング方法。
【請求項４】
請求項１から３いずれかに記載のワイヤボンディング方法を含む半導体装置の製造方法。
【請求項５】
キャピラリを含み、処理対象のペレットを当該ペレットが載置された基体とボンディングワイヤで接続するためのボンディングツールと、
前記ボンディングツールの水平方向および垂直方向の移動を制御して前記キャピラリが平面視で前記ペレットが配置されるべき位置あわせ領域と重ならない位置かつ前記キャピラリの先端が前記位置あわせ領域に配置されるべきペレットの上面よりも低い位置になるように前記ボンディングツールを垂直方向に移動した後、前記ボンディングツールを水平移動させる移動制御部と、
前記キャピラリの側面にかかる水平方向の荷重を検知することにより、前記位置あわせ領域におけるペレットの存在の有無を判断する接触検出部と、
を含むワイヤボンディング装置。
【請求項６】
キャピラリを含み、処理対象のペレットを当該ペレットが載置された基体とボンディングワイヤで接続するためのボンディングツールを制御するためのプログラムであって、
コンピュータを、
前記ボンディングツールの水平方向および垂直方向の移動を制御して、前記キャピラリが平面視で前記ペレットが配置されるべき位置あわせ領域と重ならない位置かつ前記キャピラリの先端が前記位置あわせ領域に配置されるべきペレットの上面よりも低い位置になるように前記ボンディングツールを垂直方向に移動した後、前記ボンディングツールを水平移動させる移動制御手段、
前記キャピラリの側面にかかる水平方向の荷重を検知することにより、前記位置あわせ領域におけるペレットの存在の有無を判断する接触検出手段、
として機能させるプログラム。
【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方法、半導体装置の製造方法、およびワイヤボンディング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板やリードフレーム等の基体上に載置されたペレット（半導体チップ）を当該基体とワイヤボンディングする際、ペレットの位置あわせのために、予めペレット上面の画像パターンを記憶しておき、当該画像パターンと実際のペレット上面を撮像した撮像パターンとの比較で画像マッチングを行う画像認識技術を用いている。このような画像認識技術により、ワイヤボンディングの座標データと実際の座標軸との位置あわせを実施する。
【０００３】
しかし、画像認識技術において、撮像パターンと画像パターンとのマッチングが取れないことがある。この原因としては、ペレット上面に汚れ等があるために、撮像パターンが予め記憶しておいた画像パターンと一致しない認識ミスの場合と、ペレットが基体の上に載置されていない場合とがある。認識ミスの場合、エラー停止してオペレータを呼び出し、マニュアルでの位置あわせを実施し、当該ペレットに対するワイヤボンディング作業を継続する。一方、ペレットが載置されていない場合、ワイヤボンディング作業をスキップすることになる。
【０００４】
たとえば、前工程において基板が不良であることが判明した場合、故意にペレットを搭載せず、基板に不良マークが付されることがある。基板に不良マークが付されている場合は、基板の不良マークの有無を画像認識で確認することにより、基板上にペレットが載置されているか否かを判断できるので、エラー停止してオペレータを呼び出すかワイヤボンディング作業をスキップするかを自動で判断することができる。
【０００５】
しかし、たとえば、リードフレームを用いた製品には不良マークが付されないため、この場合も画像認識では判断できない。また、このような不良マークを付す手順となっていない場合、または、基板の不良か否かに関わらずもともとペレットが搭載されていない場合は、画像認識で判断することができない。そのため、画像認識で判断することができない場合、エラー停止させてオペレータを呼び出すか、ワイヤボンディング作業をスキップするかの一方に固定設定しなければならない。
【０００６】
しかし、エラー停止させてオペレータを呼び出す設定とした場合、たとえば、ペレットが搭載されていない場合にもその都度エラー停止させてオペレータが呼び出されるので、エラー停止している間設備の稼動ができなくなるとともにオペレータがエラー解除するだけの工数が必要となる。
【０００７】
一方、ワイヤボンディング作業をスキップする設定とした場合、たとえば実際にはペレットがある場合、良品ペレットをワイヤボンディングせずスキップしてしまい、不良としてしまう危険性がある。
【０００８】
特許文献１（特開２００５−３４７７４８号公報）には、単一または複数のスタック型半導体チップが取付けられた複数のパッケージフレーム、及び半導体チップが取付けられていない複数のリジェクトフレームを有する印刷回路基板のフレーム上で上下運動可能なＺ軸センサーと、Ｚ軸センサーの動きを制御し、Ｚ軸センサーが基準位置からフレームの上端とタッチするまでに移動する距離であるＺレベルを測定するＺ軸センサー制御器と、Ｚレベルからフレームがリジェクトフレームであるか否かを判別するホスト制御器と、を備えるワイヤボンディング及びダイアタッチ装置が記載されている。これにより、ワイヤボンディング等を自動で省略する割合を高めることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３４７７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載の方法では、キャピラリを垂直動作させてキャピラリの先端をペレットに接触させることにより、ペレットの有無を確認している。しかし、自動ワイヤボンディング動作中には、キャピラリの先端にはワイヤボンディングのためのボールが形成されている。そのため、その状態でキャピラリを下降してキャピラリの先端をペレットの上面に接触すると、キャピラリの先端に形成されているボールがつぶれ、検出動作後最初のワイヤー接続部においてボール形状不良が発生するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、
キャピラリを含むボンディングツールを用いて、処理対象のペレットを当該ペレットが載置された基体とボンディングワイヤで接続する際の前記ペレットの位置あわせを行う工程と、
前記ペレットを前記基体とボンディングワイヤで接続する工程と、
を含み、
前記ペレットの位置あわせを行う工程は、
前記キャピラリが平面視で前記ペレットが配置されるべき位置あわせ領域と重ならない位置かつ前記キャピラリの先端が前記位置あわせ領域に配置されるべきペレットの上面よりも低い位置になるように前記ボンディングツールを垂直方向に移動した後、前記ボンディングツールを水平移動させ、前記キャピラリの側面にかかる水平方向の荷重を検知することにより、前記位置あわせ領域におけるペレットの存在の有無を判断する工程を含むワイヤボンディング方法が提供される。
【００１２】
本発明によれば、上記のワイヤボンディング方法を含む半導体装置の製造方法が提供される。
【００１３】
本発明によれば、
キャピラリを含み、処理対象のペレットを当該ペレットが載置された基体とボンディングワイヤで接続するためのボンディングツールと、
前記ボンディングツールの水平方向および垂直方向の移動を制御して前記キャピラリが平面視で前記ペレットが配置されるべき位置あわせ領域と重ならない位置かつ前記キャピラリの先端が前記位置あわせ領域に配置されるべきペレットの上面よりも低い位置になるように前記ボンディングツールを垂直方向に移動した後、前記ボンディングツールを水平移動させる移動制御部と、
前記キャピラリの側面にかかる水平方向の荷重を検知することにより、前記位置あわせ領域におけるペレットの存在の有無を判断する接触検出部と、
を含むワイヤボンディング装置が提供される。
【００１４】
この構成によれば、キャピラリの接触でペレットの有無を判断する際に、キャピラリの側面がペレットの側面と接触するようにしている。そのため、キャピラリの先端にボールが形成されている場合でも、ボールをつぶすことなく接触を検出することができる。
【００１５】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ペレットにワイヤボンディングを行う際の位置あわせ工程において、ボンディングワイヤのボールをつぶすことなく処理を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態におけるワイヤボンディング装置の構成を示す平面図である。
【図２】ワイヤボンディングツールの構成を示す図である。
【図３】処理システムの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態において、ワイヤボンディング装置が一つのペレットに対して位置あわせおよびワイヤボンディング処理を行う手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順を示す断面図である。
【図７】キャピラリの先端に形成されたボールの形状を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１９】
図１は、本実施の形態におけるワイヤボンディング装置１００の構成を示す平面図である。図２は、ワイヤボンディングツール（ボンディングツール）の構成を示す図である。図２（ａ）は、ワイヤボンディングツール１０の平面図、図２（ｂ）は、ワイヤボンディングツール１０の側面図である。
【００２０】
ワイヤボンディング装置１００は、ワイヤボンディングツール１０と、ＸＹＺ動作制御機構１０４と、処理システム３００と、認識用撮像カメラ１とを含む。
ワイヤボンディングツール１０は、ヘッド１０２と、ヘッド１０２にそれぞれ取り付けられた超音波ホーン１１、発振器１２、および接触検出機構１３と、超音波ホーン１１の先端に取り付けられたキャピラリ２とを含む。ここで、キャピラリ２の先端からボンディングワイヤが導出される。ボンディングワイヤの先端は、たとえばスパークロッド（不図示）とボンディングワイヤとの間でボール形成のための放電を行うことにより、ボールが形成される。さらに、超音波ホーン１１からの超音波や発振器１２による荷重が印加されることにより、ボンディングワイヤがペレット３や基体に接続される。なお、ここで、接触検出機構１３は、たとえばピエゾ素子とすることができる。
【００２１】
認識用撮像カメラ１は、各ペレット３が搬送されて来る予定の位置あわせ領域を撮像可能に設置されている。認識用撮像カメラ１は、位置あわせ領域に搬送されたペレット３の上面を撮像して撮像パターンを得る。ＸＹＺ動作制御機構１０４は、ワイヤボンディングツール１０を水平方向のＸ方向およびＹ方向、ならびに垂直方向のＺ方向に移動する。処理システム３００は、ワイヤボンディング装置１００の各構成要素の制御や処理を行う。
【００２２】
図３は、処理システム３００の構成を示すブロック図である。
処理システム３００は、画像認識結果取得部３０２と、キャピラリ移動制御部３０４と、接触検出部３０６と、ワイヤボンディング処理部３０８と、エラー処理部３１０と、位置記憶部３２０とを含む。
【００２３】
図３に示した処理システム３００の各構成要素は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。処理システム３００の各構成要素は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶ユニット、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置にはいろいろな変形例があることは、当業者には理解されるところである。
【００２４】
画像認識結果取得部３０２は、認識用撮像カメラ１が撮像した撮像パターンと比較する対象の画像パターンを予め記憶する記憶部を含む。画像認識結果取得部３０２は、認識用撮像カメラ１が撮像した撮像パターンを入力し、当該撮像パターンと予め記憶された画像パターンとを比較して画像マッチングを行う。
【００２５】
ワイヤボンディング処理部３０８は、ワイヤボンディングツール１０を制御して、ペレット３と、基板やリードフレーム等の基体との間のワイヤボンディング処理を制御する。
【００２６】
キャピラリ移動制御部３０４は、ＸＹＺ動作制御機構１０４を制御して、ワイヤボンディングツール１０を所定の位置に移動させる制御を行う。位置記憶部３２０は、ワイヤボンディングツール１０を配置または移動すべきＸＹＺ座標、ペレット３が配置される予定位置のＸＹＺ座標、搬送されるペレットの厚さ等を記憶する。
【００２７】
接触検出部３０６は、接触検出機構１３から信号を入力し、キャピラリ２がペレット３と接触したか否かを検出する。たとえば、接触検出部３０６は、接触したと判断するための荷重の閾値の設定を予め記憶する記憶部を含むことができる。この場合、接触検出部３０６は、接触検出機構１３から、キャピラリ２にかかった荷重を示す信号を入力し、当該信号の値と予め記憶された閾値とを比較することにより、接触を検出することができる。
【００２８】
エラー処理部３１０は、位置あわせ領域にペレット３が存在するにもかかわらず、画像認識結果取得部３０２による画像認識が行えなかった等の場合に、ワイヤボンディング装置１００のワイヤボンディング処理をエラー停止してオペレータを呼び出す処理を行う。また、エラー処理部３１０は、画像認識結果取得部３０２による画像認識が行えず、位置あわせ領域にペレット３が存在しなかった場合には、ワイヤボンディング処理をスキップして、次のペレットの処理に移行する処理を行う。
【００２９】
図４は、本実施の形態において、ワイヤボンディング装置１００が一つのペレット３に対して位置あわせおよびワイヤボンディング処理を行う手順を示すフローチャートである。また、図５および図６は、この手順を示す工程断面図である。また、以下では図１から図３も参照して説明する。
【００３０】
ここで、位置合わせ領域は、ペレット３の端部が、図５中Ａ−Ａ線の箇所に位置されるように設定されるものとする。このとき、初期状態において、ワイヤボンディングツール１０は、図中横のＸ方向において、キャピラリ２が、Ａ−Ａ線から所定の距離ｄ１だけ離れたＢ−Ｂ線上に位置するように配置される。また、ワイヤボンディングツール１０は、図中縦のＹ方向において、キャピラリ２がペレット３と重なる位置に配置される。また、ワイヤボンディングツール１０は、高さ方向のＺ方向において、キャピラリ２の先端が、ペレット３の上面よりも高い位置となるように配置される。
【００３１】
この状態で、認識用撮像カメラ１は、各ペレット３が位置あわせ領域に搬送されるタイミングで、ペレット３の上面を撮像する。ここで、ペレット３が基体５上に搭載されており、画像認識結果取得部３０２による画像認識でペレット３の存在が確認できた場合（ステップＳ１００のＹＥＳ）、ワイヤボンディング処理部３０８は、ワイヤボンディングツール１０を制御して、当該ペレットに対するワイヤボンディング処理を行う（ステップＳ１０２）。
【００３２】
一方、ステップＳ１００で画像認識結果取得部３０２による画像認識でペレット３の存在が確認できなかった場合（ステップＳ１００のＮＯ）、キャピラリ移動制御部３０４は、ＸＹＺ動作制御機構１０４を制御して、キャピラリ２を下降させる（ステップＳ１０４）。このとき、たとえば、キャピラリ移動制御部３０４は、キャピラリ２の先端が、ペレット３上面（図５におけるＣ−Ｃ線）の高さよりもペレットの厚さの１／２程度低い位置（図５におけるＤ−Ｄ線）となるまでキャピラリ２を下降させる（図５（ａ））。
【００３３】
次いで、キャピラリ移動制御部３０４は、ＸＹＺ動作制御機構１０４を制御して、キャピラリ２をＸ方向のペレット３が存在すべき方向（図中右方向）に水平移動させる（ステップＳ１０６）。キャピラリ２の移動方向は、予め位置記憶部３２０に記憶された情報に基づき決定することができる。
【００３４】
ここで、接触検出部３０６は、接触検出機構１３からの信号に基づき、キャピラリ２がペレット３に接触したか否かを検出する（ステップＳ１０８）。接触検出機構１３は、キャピラリ２の側面にかかる荷重を検知可能な構成とすることができる。
【００３５】
たとえば、図５に示したように、基体５上にペレット３が搭載されている場合、キャピラリ２がペレット３に接触する（図５（ｂ））。そのため、接触検出機構１３には荷重がかかり、接触検出部３０６は、キャピラリ２がペレット３に接触したことを検出することができる。一方、図６に示したように、基体５上にペレット３が搭載されていない場合は、キャピラリ２を水平移動させてもキャピラリ２がペレット３に接触しない。そのため、接触検出機構１３には荷重がかからないので、接触検出部３０６は、キャピラリ２がペレット３に接触していないことを検出することができる。
【００３６】
図４に戻り、ステップＳ１０８で接触が検出された場合（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、ペレットありと判断して（ステップＳ１１０）、接触検出部３０６はその旨をエラー処理部３１０に通知し、エラー処理部３１０はエラー停止を行うとともに、オペレータを呼び出す処理を行う（ステップＳ１１２）。一方、ステップＳ１０８で接触が検出されなかった場合（ステップＳ１０８のＮＯ）、ペレットなしと判断して（ステップＳ１１４）、接触検出部３０６はその旨をエラー処理部３１０に通知し、エラー処理部３１０は、ワイヤボンディング処理をスキップして、次のペレットの処理に移行する処理を行う（ステップＳ１１６）。
【００３７】
次に、本実施の形態におけるワイヤボンディング装置１００の効果を説明する。
本実施の形態におけるワイヤボンディング装置１００によれば、画像認識でペレットの有無が判断できない場合でも、キャピラリ２の接触を検出することにより、ペレットの有無を判断することができる。そのため、画像認識が行えない理由が、実際にはペレットが存在するのに認識エラーが生じているのか、ペレットが存在しないために画像認識が行えないのかを適切に判断することができる。これにより、ペレットが存在しないにもかかわらずエラー停止してオペレータを呼び出すことによる設備の稼働時間の増加やオペレータがエラー解除するための作業工数を低減することができる。また、実際にはペレットが存在するにもかかわらず、ワイヤボンディング未実施となることを防ぎ、良品ペレットをワイヤボンディング未実施のまま後工程へ流出することを防ぐこともできる。
【００３８】
また、キャピラリ２の接触でペレットの有無を判断する際に、キャピラリ２の側面がペレットと接触するようにしている。そのため、図７に示すように、次のワイヤボンディングの準備としてキャピラリ２の先端にたとえば金ボール等のボール４が形成されている場合でも、ボール４をつぶすことなく接触を検出することができる。
【００３９】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００４０】
以上の実施の形態においては、接触検出機構１３がピエゾ素子である場合を例として説明したが、ペレット３の接触を検出する機構としては、ワイヤボンディングに用いる超音波を発信させ、キャピラリの接触による発振器のインピーダンスの変動を検出する構成とすることもできる。これにより、ピエゾ素子を新たに追加する必要がなくなり、一般的なワイヤボンディング装置の構成で動作が可能となる。
【符号の説明】
【００４１】
１ 認識用撮像カメラ
２ キャピラリ
３ ペレット
４ ボール
５ 基体
１０ ワイヤボンディングツール
１１ 超音波ホーン
１２ 発振器
１３ 接触検出機構
１００ ワイヤボンディング装置
１０２ ヘッド
１０４ ＸＹＺ動作制御機構
３００ 処理システム
３０２ 画像認識結果取得部
３０４ キャピラリ移動制御部
３０６ 接触検出部
３０８ ワイヤボンディング処理部
３１０ エラー処理部
３２０ 位置記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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