(57)【要約】【課題】ワイヤ剥がれ等のボンディング不良を防止して製品の歩留り及び品質の向上を図り、半導体装置の製造における製造コストを抑えると共に作業効率を向上させる。【解決手段】ワイヤボンディング工程において、ワイヤボンディングが一定条件に到達した場合に、キャピラリ２０を用いて、ヒートステージ３０に設けられたキャピラリ清掃ツール３６上で空ボンディングを行うことで、キャピラリ２０に付着した汚れをキャピラリ清掃ツール３６に転写させることができる。このように、自動でキャピラリ２０の汚れを清掃することで確実なワイヤボンディングを実現し、キャピラリ２０の交換回数を減らし、作業者が手作業でキャピラリ２０の交換を行う等の手間を軽減する。これにより、ワイヤ剥がれ等のボンディング不良を防止して製品の歩留り及び品質を向上させ、半導体装置の製造における製造コストを抑えると共に作業効率を向上させることができる。【選択図】図９
2008270270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングツールであるキャピラリを用いて、ヒートステージ上に配置された半導体チップと前記半導体チップに隣接して配置されたリードとをワイヤで接続するワイヤボンディング工程を有し、
前記ワイヤボンディング工程において、ワイヤボンディングが一定条件に到達した場合に、前記キャピラリを用いて、前記ヒートステージに設けられたキャピラリ清掃ツール上で空ボンディングを行うことで、前記キャピラリに付着した汚れを前記キャピラリ清掃ツールに転写させるキャピラリ清掃工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記ワイヤボンディング工程において、ワイヤボンディングが一定条件に到達した場合とは、前記キャピラリが行ったボンディング回数が所定回数に達した場合であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記キャピラリ清掃ツールは、前記ヒートステージの一部に設けられた凹部と、当該凹部に施された金メッキ層とで構成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記キャピラリ清掃工程での前記空ボンディングでは、製品組立ての際のワイヤボンディング時よりも超音波出力を大きくしてボンディングを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記キャピラリ清掃工程では、前記空ボンディングを行った後で前記キャピラリの汚れ具合を検査し、当該検査で前記キャピラリの汚れが落ちていないと判断された場合には、汚れが落ちるまで前記空ボンディングを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、キャピラリを用いて半導体チップとリードとをワイヤで接続する半導体装置の製造技術に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
キャピラリを用いてボンデイングするワイヤボンデイング装置において、キャピラリの先端へのＳＭＤ実装工程での汚れの偏った付着及び不均等な磨耗を低減し、ボンデイングの信頼性とキャピラリの耐用ボンデイング回数を向上させるために、清掃パットを予め設け、予め定めたボンデイング回数毎に、キャピラリを清掃パットの上方に移動させて先端表面への汚れを清掃する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２３２１２５号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
以下に説明する技術は、本発明を研究、完成するのに際して、本発明者によって検討されたものであり、その概要は次のとおりである。
【０００４】
半導体装置の製造におけるワイヤボンディング工程では、半導体チップの電極と、リードフレームのリード又はベース基板の配線リード（電極）とを、ボンディングツールであるキャピラリから出される金線等で接続するワイヤボンディングが行われる。
【０００５】
このワイヤボンディングでは、最初に一方にワイヤを接続するファーストボンディングと、ファーストボンディングの後で他方にワイヤを接続するセカンドボンディングがある。例えば、ファーストボンディングとして行う半導体チップとワイヤとの接続は、キャピラリ先端から少し出ているワイヤを、トーチにより溶融してボールを形成し、このボールを超音波を用いながら半導体チップの電極に圧着するボールボンディングにより行う。
【０００６】
また、セカンドボンディングとして行うリードフレーム（又はベース基板）とワイヤとの接続は、ファーストボンディングでボールボンディングを行った後、引き続きキャピラリからワイヤを引き出しながらワイヤループを作り、リードフレーム（又はベース基板）側においてキャピラリの周囲でワイヤを潰すようにして圧着するステッチボンディングにより行う。
【０００７】
ところで、このようなワイヤボンディングにおいて、半導体チップやリードフレーム等のボンディング対象物の本体、メッキ、ソルダレジスト等の影響により、キャピラリの先端には、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、シリコン（Ｓｉ）、ソルダレジスト（ＳＲ）等の異物が汚れとして溜まっていく。そして、異物が溜まった結果、キャピラリの先端形状が大きく変化した場合には、正常なワイヤボンディングを行うことができず、ワイヤ剥がれ等のボンディング不良の発生要因となる。
【０００８】
ここで、先端に異物が溜まったキャピラリを新しいものと交換したり、一旦取り外して薬液等につけて清掃したりすると、コストが掛かる他、キャピラリの取り外しや交換、取り付けによりボンディング条件が変わってしまい、その調整に多大な作業を必要とし、生産効率が落ちるという問題が生じる。
【０００９】
そのため、できるだけキャピラリの交換や取り外しを伴う清掃を避けて、キャピラリの先端に付着した汚れを落とす作業を行う必要があり、種々の検討を行った結果、本発明に至った。
【００１０】
なお、前記特許文献１（特開２０００−２３２１２５号公報）の図５に記載されているワイヤボンディング装置は、清掃パットを設けることにより、キャピラリの取り外しを伴わないでキャピラリの清掃を行うことが可能な装置ではある。しかし、前記特許文献１では、清掃パットの表面がダイヤモンドの粉により粗面化されており、このように粗面化された清掃パットの表面でキャピラリを超音波振動させることにより、当該振動によるキャピラリと清掃パッドとの摩擦でキャピラリに付着した汚れを削り落とすようになっている。そのため、キャピラリに傷を付ける場合もあり、逆にキャピラリの寿命を短くしてしまう場合もある。よって、前記した問題は特許文献１によって解消されるものではない。
【００１１】
本発明の目的は、キャピラリの汚れを清掃することで確実なワイヤボンディングを実現し、これにより、ワイヤ剥がれ等のボンディング不良を防止して製品の歩留りを向上させることができる技術を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、ワイヤ剥がれ等のボンディング不良を防止して製品の品質を向上させることができる技術を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、キャピラリの汚れを清掃することでキャピラリの交換回数を減らし、半導体装置の製造における製造コストを抑えることができる技術を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、自動でキャピラリの汚れを清掃することで作業者が手作業でキャピラリの交換を行う等の手間を軽減し、半導体装置の製造における作業効率を向上させることができる技術を提供することにある。
【００１５】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１７】
すなわち、本発明は、ボンディングツールであるキャピラリを用いて、ヒートステージ上に配置された半導体チップと半導体チップに隣接して配置されたリードとをワイヤで接続するワイヤボンディング工程を有するものである。そして、ワイヤボンディング工程において、一定条件に到達した場合に、キャピラリを用いて、ヒートステージに設けられたキャピラリ清掃ツール上で空ボンディングを行うことで、キャピラリに付着した汚れをキャピラリ清掃ツールに転写させるキャピラリ清掃工程を有するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１９】
ワイヤボンディング工程において、ワイヤボンディングが一定条件に到達した場合に、キャピラリを用いて、ヒートステージに設けられたキャピラリ清掃ツール上で空ボンディングを行うことで、キャピラリに付着した汚れをキャピラリ清掃ツールに転写させることができる。その結果、キャピラリの汚れを清掃して確実なワイヤボンディングを実現し、これにより、ワイヤ剥がれ等のボンディング不良を防止して製品の歩留りを向上させることができる。また、ワイヤ剥がれ等のボンディング不良を防止して製品の品質を向上させることができる。また、キャピラリの汚れを清掃することでキャピラリの交換回数を減らし、半導体装置の製造における製造コストを抑えることができる。また、自動でキャピラリの汚れを清掃することで作業者が手作業でキャピラリの交換を行う等の手間を軽減し、半導体装置の製造における作業効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下の実施の形態では特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００２１】
さらに、以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。
【００２２】
また、以下の実施の形態において、要素の数など（個数、数値、量、範囲などを含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２４】
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。さらに、実施の形態で用いる図面においては、実施の形態の特徴部分を強調するため、実際の構造を簡略化して表す場合もある。
【００２５】
（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態の半導体装置（ＱＦＰ）の構造の一例を示す断面図、図２は図１に示す半導体装置の組み立て手順の一例を示す製造プロセスフロー図である。また、図３は本発明の実施の形態のワイヤボンダの構造の一例を示す斜視図、図４は図３に示すワイヤボンダのヒートステージの構造の一例を示す拡大平面図、図５は図４に示すヒートステージをＡ−Ａ線に沿って切断した構造の一例を示す拡大断面図である。また、図６は本実施の形態のワイヤボンディング工程の手順の一例を示す製造プロセスフロー図、図７はワイヤボンディング時のヒートステージ等の様子の一例を示す拡大平面図、図８は図７に示すヒートステージ等をＢ−Ｂ線に沿って切断した構造の一例を示す拡大断面図である。また、図９は本発明の実施の形態のキャピラリ清掃工程の手順の一例を示す製造プロセスフロー図、図１０は本発明の実施の形態のキャピラリ清掃工程の手順の他の例を示す製造プロセスフロー図である。
【００２６】
まず、図１を用いて、本発明の実施の形態の半導体装置の一例の構成を説明する。本実施の形態の半導体装置１は、樹脂封止形で、面実装形の半導体パッケージであり、例えばＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）形態の半導体装置である。
【００２７】
図１に示すように、本実施の形態の半導体装置１は、封止樹脂部２と、封止樹脂部２によって封止された半導体チップ（半導体素子）３と、導電体によって形成された複数のリード４と、封止樹脂部２によって封止されかつ複数のリード４と半導体チップ３の表面の複数の電極（パッド）３ａとを電気的に接続する複数のワイヤ６と、半導体チップ３が搭載されたチップ搭載部であるタブ（ダイパッド）７とを備えている。また、タブ７に接続された複数の吊りリード８（図７に図示）を備えている。
【００２８】
封止樹脂部２は、例えば、シリコン樹脂やエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂材料からなる。この封止樹脂部２により、半導体チップ３、リード４、ワイヤ６、タブ７および吊りリード８が封止され、保護される。また、封止樹脂部２の裏面２ａが、半導体装置１の実装面である。
【００２９】
半導体チップ３は、例えば、単結晶シリコンなどからなる半導体基板（半導体ウエハ）に種々の半導体素子または半導体集積回路を形成した後、必要に応じて半導体基板の裏面研削を行ってから、ダイシングなどにより半導体基板を各半導体チップ３に分離したものである。半導体チップ３は、その表面（半導体素子形成側の主面）が上方を向くようにタブ７上に搭載され、半導体チップ３の裏面が導電体からなるタブ７に、例えば銀ペーストまたは絶縁ペーストなどの接合材（図示省略）を介して接合されている。
【００３０】
半導体チップ３の表面には、アルミニウムなどからなる複数の電極（パッド）３ａが形成されている。電極３ａは、半導体チップ３に形成された半導体素子または半導体集積回路に電気的に接続されている。半導体チップ３の表面の各電極３ａは、当該半導体チップ３に隣接して配置された各リード４の上面４ａに、例えば金（Ａｕ）線などの金属細線などからなるワイヤ６を介して電気的に接続されている。
【００３１】
リード４はタブ７の周囲に、その一端がタブ７に対向するように配置されている。リード４は、封止樹脂部２に埋め込まれたインナリードと、封止樹脂部２の側面２ｂに露出するアウタリードとの両者の機能を兼ねている。すなわち、封止樹脂部２によって封止され、リード４のボンディング部として機能し得るリード４の上面４ａにワイヤ６が接合され、封止樹脂部２の側面２ｂに外部接続端子として機能し得るリード４が、例えばガルウイング状に露出している。なお、リード４の上面４ａには、ワイヤ６の接続を容易にするためにメッキ層（例えば銀メッキ層）を形成することもできる。
【００３２】
リード４と半導体チップ３との間は封止樹脂部２を構成する材料で満たされており、リード４と半導体チップ３とが接触しないようになっている。また、隣り合うリード４間は封止樹脂部２を構成する材料により満たされており、互いに接触しないようになっている。
【００３３】
封止樹脂部２の裏面２ａに対応する半導体装置１の裏面が、半導体装置１の実装面となり、封止樹脂部２の側面２ｂから露出した各リード４が、封止樹脂部２の裏面２ａ（すなわち半導体装置１の裏面）と略面一となるようにガルウイング状に曲げ成形されて外部接続端子を構成する。また、封止樹脂部２から露出するリード４の下面にはメッキ層（例えば半田メッキ層）が形成されているが、理解を簡単にするために、メッキ層の図示を省略している。リード４の下面にメッキ層が形成されていることで、半導体装置１を基板（外部基板、マザーボード）に実装する際に、基板上の端子または導体パターンと半導体装置１の端子（リード４の下面）との間の電気的接続の信頼性を向上することができる。
【００３４】
タブ７には、複数（例えば４本）の吊りリード８が接続されている。各吊りリード８は、導電体材料からなり、一端がタブ７に接続され、タブ７の外方に向かって延在している。吊りリード８は、半導体装置１の製造に用いられたリードフレーム５（のフレーム枠）にタブ７を保持または支持するために設けられ、封止樹脂部２の形成後にリードフレーム５から切断され、吊りリード８の切断により生じた側面（すなわちタブ７に接続された側の端部とは逆側の端部）である切断面が封止樹脂部２の側面（切断面）２ｂで露出している。リード４、タブ７および吊りリード８は、いずれも導電体材料からなり、例えば半導体装置の製造の際にリードフレームに用いられた共通の導電体材料からなる。
【００３５】
次に、本実施の形態の半導体装置（ＱＦＰ）１の製造方法の一例の手順を、図２に示す製造プロセスフロー図を用いて説明する。図２における各製造工程の右側には、本実施の形態の半導体装置１の各製造工程における断面図（要部断面図）を示している。また、図２には、リードフレーム５の一つの半導体パッケージに対応する領域（そこから一つの半導体装置１が製造される領域）を示している。
【００３６】
まず、図２のステップＳ１に示すように、半導体装置１の製造に用いられるリードフレーム５を準備する（フレーム準備工程）。リードフレーム５は、例えば、銅または銅合金、あるいは４２−アロイなどの導電体材料からなるプレス加工フレーム（エッチング加工フレームでも良い）で構成されている。また、リードフレーム５は、半導体チップ３を搭載するためのタブ７と、その一端がタブ７と離間して対向するように配置され、他端がリードフレーム５のフレーム枠（図示省略）と接続するリード４とを有している。また、タブ７の四隅に吊りリード８（図７に図示）の一端が接続し、吊りリード８の他端がフレーム枠に接続して、タブ７がリードフレーム５のフレーム枠に保持または支持されている。
【００３７】
また、その他、半導体装置１の組み立てに必要な、半導体チップ３、金（Ａｕ）線などの金属細線からなるワイヤ６、樹脂封止部２となるシリコン樹脂やエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂材料などを準備する。半導体チップ３は、単結晶シリコンなどからなる半導体基板上に形成されたＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）やマイクロコンピュータなどを有し、この表面上にアルミニウムなどの電極（パッド）３ａが形成され、内部に形成されたＡＳＩＣやマイクロコンピュータなどの所定の回路の各端子から表面上の電極３ａまで電気的に接続されたものである。また、半導体チップ３は、ウェハの前工程において、酸化・拡散・不純物導入、配線パターン形成、絶縁層形成、配線層形成などのウエハ処理工程を繰り返して所望の回路が形成され、このウェハを切断してチップ毎に個別に切り離されたものである。
【００３８】
その後、図２のステップＳ２に示すように、リードフレーム５のタブ７上に半導体チップ３を銀ペーストまたは絶縁ペーストなどの接合材（図示省略）を介して接合する（ダイボンディング工程）。
【００３９】
その後、図２のステップＳ３に示すように、半導体チップ３の複数の電極３ａと、半導体チップ３に隣接して配置されたリードフレーム５の複数のリード４の上面４ａとを複数のワイヤ６を介してそれぞれ電気的に接続する（ワイヤボンディング工程）。この際、ファーストボンディングとしてワイヤ６の一端を半導体チップ３の電極３ａに接続してから、セカンドボンディングとしてワイヤ６の他端をリード４の上面４ａに接続する。なお、このステップＳ３に示すワイヤボンディング工程については、詳細を後述する。
【００４０】
その後、図２のステップＳ４に示すように、例えばトランスファモールド法により、半導体チップ３、リード４の一部、ワイヤ６およびタブ７を封止樹脂部２によって封止する（モールド工程）。封止樹脂部２は、例えば、シリコン樹脂やエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂材料からなる。また、モールド工程では、封止樹脂部２の側面２ｂからリード４が露出するように、封止樹脂部２を形成する。
【００４１】
その後、必要に応じてリードフレーム５の封止樹脂部２から露出する部分（導電体からなる部分）上にメッキ層（図示省略）を形成した後、図２のステップＳ５に示すように、封止樹脂部２から突出したリードフレーム５のリード４を所定の長さを残して切断し、このリード４をガルウイング状に成形して外部接続端子とする。これにより、図１に示すようなＱＦＰ構造の半導体装置１が完成する（切断・成形工程）。
【００４２】
次に、本実施の形態の半導体装置１の製造方法における図２のステップＳ３に示すワイヤボンディング工程及び当該ワイヤボンディング工程に用いるワイヤボンダについて詳細に説明する。
【００４３】
まず、ワイヤボンディング工程に用いるワイヤボンダ１０について説明する。ワイヤボンダ１０は、リードフレーム５のリード４と、当該リードフレーム５のタブ７にダイボンディングされた半導体チップ３の電極３ａとを、ワイヤ６で電気的に接続する装置である。
【００４４】
図３に示すように、本実施の形態のワイヤボンダ１０は、一定の荷重と熱、さらに超音波振動をワイヤ６に伝えて圧接する超音波併用熱圧着方式のワイヤボンダであり、ワイヤボンディングを行うための主要な装置を搭載したボンディングヘッド１１を備えている。このボンディングヘッド１１には、振動源となる振動子（図示省略）、振動振幅を増大させるＵＳホーン１２及び圧着子（ボンディングツール）であるキャピラリ２０等からなる超音波発振子を有している。前記ＵＳホーン１２は略水平方向に延在する略円柱状に形成されており、一端側に前記振動子が取り付けられ、他端側に前記キャピラリ２０が取り付けられている。
【００４５】
前記キャピラリ２０は、例えばセラミック等からなり、略円柱状に形成されてその下部先端がテーパ状に細くなるように形成されている。そして、その先端からは、例えば金線等のワイヤ６を繰り出すことができるようになっている。そして、ワイヤボンディング時にキャピラリ２０から超音波を発振することにより、繰り出したワイヤ６の塑性変形が補助されて、半導体チップ３の表面に形成される電極３ａとワイヤ６及び半導体チップ３に隣接して配置されたリードフレーム５のリード４とワイヤ６との融着が促されるようになっている。印加する超音波の振動周波数としては、例えば６０〜１２５ｋＨｚを採用することができる。また、キャピラリ２０を電極３ａに押しつける際に、押さえ（図示省略）によって押圧荷重を負荷することで、電極３ａとワイヤ６及びリード４とワイヤ６との融着が促されるようになっている。荷重としては、例えば５〜１００ｇを採用することができる。
【００４６】
また、ボンディングヘッド１１におけるキャピラリ２０の近くにはワイヤクランパ１３を有しており、キャピラリ２０に通される前のワイヤ６をクランプすることができるようになっている。また、ボンディングヘッド１１はＸＹテーブル１４上に搭載されており、このＸＹテーブル１４によりキャピラリ２０がＸＹ方向に移動して、半導体チップ３の各電極３ａとリードフレーム５の各リード４とをそれぞれワイヤ６で繋ぐようになっている。また、ボンディングヘッド１１にはカメラ１５を搭載しており、このカメラ１５によりワイヤボンディングを行う半導体チップ３の電極３ａやリードフレーム５のリード４の位置を正確に把握するようになっている。また、ボンディングヘッド１１には例えばトーチ（図示省略）を有しており、このトーチ等による高圧放電によってワイヤ６の先端が溶融され、後述するボールが形成されるようになっている。
【００４７】
また、ワイヤボンダ１０は、ボンディングヘッド１１外に、半導体チップ３がダイボンディングされたリードフレーム５を搬送するフィーダ１６を備えており、当該フィーダ１６上におけるキャピラリ２０の設置位置付近に、搬送されてきたリードフレーム５を配置し、キャピラリ２０を用いたワイヤボンディングを行うヒートステージ３０を備えている。本実施の形態のヒートステージ３０は、図４に示すように、熱伝導率の良いセラミック、金属等の材質からなる例えば平面視略方形状の部材であり、図５に示すように、リードフレーム５を配置してワイヤボンディングを行う箇所は、他の箇所よりも１段高くなった半導体装置搭載エリア３１となっている。この半導体装置搭載エリア３１の略中心位置には、リードフレーム５のタブ７にダイボンディングされた半導体チップ３が配置される半導体チップ搭載エリア３２を有している。当該半導体チップ搭載エリア３２の中心位置は、リードフレーム５の裏面側に突出しているタブ７を収めるタブ逃げ用溝３３を備えている。また、タブ逃げ用溝３３を中心としてＸ字状に、リードフレーム５の裏面側にタブ７と同様に突出している吊りリード８を収める吊りリード逃げ用溝３４を備えている。なお、タブ逃げ用溝３３及び吊りリード逃げ用溝３４は、前記した形状に限るものではなく、タブ７及び吊りリード８の大きさ、形状等に合わせて形成されていれば良い。また、半導体チップ搭載エリア３２におけるタブ逃げ用溝３３及び吊りリード逃げ用溝３４以外の箇所（本実施の形態ではＸ字状のタブ逃げ用溝３３同士の間に１箇所ずつで合計４箇所）に、真空吸着装置（図示省略）に接続された吸引口３５を備えている。この吸引口３５により、配置されたリードフレーム５のタブ７にダイボンディングされた半導体チップ３を真空吸着して固定し、ワイヤボンディング時にワイヤ６を融着しやすくするようになっている。また、ヒートステージ３０は、ワイヤが融着しやすくなるように、例えば１００〜２３０℃に加熱されるようになっている。なお、ヒートステージ３０は、その全体が加熱されるようになっているが、半導体装置搭載エリア３１や後述するキャピラリ清掃ツール３６付近は、ワイヤボンディング時のワイヤ６の融着性を良くしたり、キャピラリ２０の清掃時に汚れを転写し易くしたりするために、ヒートステージ３０の材質を変える等によって、温度が他の箇所と異なる（温度が高い又は低い）ようにしてあっても良い。
【００４８】
また、図４及び図５に示すように、ヒートステージ３０は、当該ヒートステージ３０の表面上における半導体装置搭載エリア３１とは異なる位置に、キャピラリ清掃ツール（異物除去シート）３６を有している。本実施の形態のキャピラリ清掃ツール３６は、ヒートステージ３０の表面の一部に形成した凹部３７を有している。本実施の形態の凹部３７は、平面視略方形状の凹部であり、ヒートステージ３０におけるリードフレーム５の搬送方向（例えば、図４及び図５の右から左に向かう方向）Ｃの前方側の端部付近に形成されている。また、キャピラリ清掃ツール３６の凹部３７の中には、所定厚みのメッキ層３８が形成されている。メッキ層３８としては、銀メッキ、パラジウムメッキを施したものでも良いが、金線からなるワイヤ６との接着性の良さ等から、本実施の形態では金メッキを施したメッキ層（金メッキ層）３８が形成されている。
【００４９】
また、キャピラリ清掃ツール３６の凹部３７の深さ及び大きさとメッキ層３８の厚みは、後述するキャピラリ清掃工程において当該メッキ層３８に対して清掃用の空ボンディングが複数回行われても、製品組立ての際のワイヤボンディング時にフィーダ１６上を搬送されるリードフレーム５の裏面に、清掃用の空ボンディングの際のワイヤ６が接触しないような深さ、大きさ及び厚みに調整されている。なお、キャピラリ清掃ツール３６は、前記したような位置、大きさ及び形状に必ずしも形成されていなくても良い。例えば、本実施の形態より小さめに形成された凹部３７が、ヒートステージ３０におけるワイヤボンディング時に邪魔にならない複数箇所（例えば、ヒートステージ３０の四隅等）に形成されていても良い。また、本発明において空ボンディングとは、製品組立ての際のワイヤボンディング工程以外でキャピラリ清掃用に行うボンディング動作全般を指し、キャピラリ２０からワイヤ６を出す出さないに関わらず空ボンディングと称するものとする。
【００５０】
次に、前記ワイヤボンダ１０を用いて行う図２のステップＳ３に示すワイヤボンディング工程について詳述する。図６は、本実施の形態のワイヤボンディング工程（半導体チップ３の電極３ａとリード４との間をワイヤ６で接続する工程）の手順の一例を示す製造プロセスフロー図、図７はワイヤボンディング時のヒートステージ等の様子の一例を示す拡大平面図、図８は図７に示すヒートステージ等をＢ−Ｂ線に沿って切断した構造の一例を示す拡大断面図である。
【００５１】
まず、ワイヤボンダ１０のヒートステージ３０（少なくとも、半導体装置搭載エリア３１）を所定の温度（例えば、１００〜２３０℃）に加熱する。それから、図２のステップＳ２に示すダイボンディング工程を行ったリードフレーム５を、図７及び図８に示すように、加熱されたヒートステージ３０の半導体装置搭載エリア３１に配置して加熱する。その際、半導体装置搭載エリア３１の略中心位置の半導体チップ搭載エリア３２に、リードフレーム５のタブ７にダイボンディングされた半導体チップ３を配置する。また、タブ７及び吊りリード８を、半導体チップ搭載エリア３２におけるタブ逃げ用溝３３及び吊りリード逃げ用溝３４（図４に図示）に収める。また、当該リードフレーム５におけるタブ７にダイボンディングされた半導体チップ３を吸引口３５により真空吸着して半導体装置搭載エリア３１の半導体チップ搭載エリア３２に固定する。また、リードクランパ（リード押さえ）３９により所定の荷重を加えて、リードフレーム５のリード４をヒートステージ３０の半導体装置搭載エリア３１に固定する。
【００５２】
また、トーチ等による高圧放電によってその先端を溶融してボール６ａを形成した、金（Ａｕ）線等からなるワイヤ６を、図６のステップＳ３１に示すように、ワイヤボンダ１０のボンディングツールであるキャピラリ２０に保持して、半導体チップ３の電極３ａ上に待機させる（ボール形成工程）。なお、ワイヤ６の直径は例えば２５〜３０μｍ程度である。
【００５３】
それから、図６のステップＳ３２に示すように、キャピラリ２０を下降させ、待機させていたワイヤ６を半導体チップ３の電極３ａ上に適切な荷重をもって接触させる（ファーストボンディング工程）。そして、ワイヤ６のボール６ａが電極３ａに接触した後、キャピラリ２０を超音波振動させ、このときの荷重や印加された超音波による振動エネルギーでボール６ａと電極３ａとを接合させる。
【００５４】
それから、図６のステップＳ３３に示すように、キャピラリ２０からワイヤ６を繰り出しながら、当該キャピラリ２０を適切な軌跡を描いて移動させ、リード４の上面４ａに移動させる。この軌跡によって、ワイヤ６の適切なループ形状が得られる。そして、キャピラリ２０を下降させて当該キャピラリ２０に保持されたワイヤ６をリード４の上面４ａに対して適切な荷重をもって押し付けると共に、キャピラリ２０を超音波振動させ、このときの荷重や印加された超音波による振動エネルギーでワイヤ６とリード４の上面４ａとを接合させる（セカンドボンディング工程）。
【００５５】
その後、図６のステップＳ３４に示すように、キャピラリ２０を上昇させ、その過程でワイヤクランパ１３でワイヤ６を保持し、ワイヤ６をセカンドボンディング点（接合部）から切断する（ワイヤ切断工程）。このようにして、半導体チップ３の電極３ａとリード４の上面４ａとの間をワイヤ６（ボール６ａを含むワイヤ６）で電気的に接続する。なお、図６のステップＳ３４に示すリード４の先端部近傍の上面４ａには、ワイヤ６の接続を容易にするためにメッキ層（例えば銀メッキ層）が形成されている。
【００５６】
これを繰り返すことにより、半導体チップ３の複数の電極３ａとリードフレーム５の複数のリード４の上面４ａとを複数のワイヤ６を介してそれぞれ電気的に接続することができる。
【００５７】
ここで、ワイヤボンディング工程において、ワイヤボンディング（製品組立ての際のワイヤボンディング）が一定条件に到達した場合には、キャピラリ２０に付着した汚れを落とすためのキャピラリ清掃工程を行うようになっている。本実施の形態では、ワイヤボンディングが一定条件に到達した場合とは、キャピラリ２０が行ったボンディング回数（ワイヤ６を半導体チップ３の電極３ａ又はリード４の上面４ａに接合させた回数）が所定回数（例えば、ワイヤ６における半導体チップ３の電極３ａへの接合とリード４の上面４ａへの接合を合わせて１００万回）に達した場合となっている。また、本実施の形態におけるキャピラリ清掃工程は、キャピラリ２０を用いて、前記ヒートステージ３０に設けられた前記キャピラリ清掃ツール３６上で空ボンディングを行うことで、キャピラリ２０に付着した汚れをキャピラリ清掃ツール３６に転写させるものである。
【００５８】
以下、キャピラリ清掃工程の詳細について、図６〜図１０を用いて説明する。前記したような一連のワイヤボンディングが終了したら、図６のステップＳ３５に示すように、リードフレーム５において必要分のワイヤボンディングが終了したか否か（リードフレーム５において電気的に接続する必要のある半導体チップ３の電極３ａとリード４の上面４ａとのワイヤボンディングが全て終了したか否か）の判定を行う。ここで、必要分のワイヤボンディングが終了した場合には、次に、図６のステップＳ３６に示すように、キャピラリ２０が行ったボンディング回数が所定回数（例えば１００万回）を超えているか否かの判定を行う。ここで、ボンディング回数が所定回数を超えていない場合は、次のリードフレーム５のワイヤボンディングを行うが、ボンディング回数が所定回数を超えている場合には、図６のステップＳ３７に示すように、キャピラリ清掃工程を行う。
【００５９】
以下、本実施の形態のキャピラリ清掃工程の一例について、図９を用いて説明する。この例は、セカンドボンディング工程の制御を利用してキャピラリ２０の清掃を行うものである。このキャピラリ清掃工程では、まず、ヒートステージ３０を加熱しておく。
【００６０】
また、図９のステップＳ３７１に示すように、キャピラリ２０をヒートステージ３０に設けられたキャピラリ清掃ツール３６上に移動させる。そして、図９のステップＳ３７２に示すように、キャピラリ２０の先端をキャピラリ清掃ツール３６の凹部３７の中に形成されたメッキ層（本実施の形態では金メッキ層）３８に接触させ、その状態で平行移動させてキャピラリ２０の先端をメッキ層３８に擦り付ける。その際、キャピラリ２０から超音波を発振することにより、キャピラリ２０の先端に付着した汚れがメッキ層３８に転写されるように促す。
【００６１】
なお、キャピラリ清掃工程におけるキャピラリ２０の超音波出力は、キャピラリ２０の先端に付着した汚れを落ち易くするため、製品組立ての際のワイヤボンディング時以上に設定しておく。例えば、製品組立ての際のワイヤボンディング時よりも超音波出力を０〜５０％程度大きくしておくのが好ましく（超音波出力を０％大きくするというのは出力を変化させないのと同意）、さらには製品組立ての際のワイヤボンディング時よりも超音波出力を３０％程度大きくしておくのがより好ましい。
【００６２】
そして、キャピラリ２０の先端を、超音波を発振しながら一定距離又は一定時間メッキ層３８に擦り付けた後、図９のステップＳ３７３に示すように、キャピラリ２０をキャピラリ清掃ツール３６から離間させる。キャピラリ２０のメッキ層３８への擦り付け方などは適宜の方法で行われれば良く、直線状に擦り付けたり、円弧状に擦り付けたり、ジグザグに擦り付けたり、ランダムに擦り付けたりする場合が挙げられる。その後、キャピラリ２０の先端からボール形成に必要な量のワイヤ６を繰り出し、ワイヤ６の先端に製品組立ての際のワイヤボンディング用のボール６ａを形成する等、製品組立てのワイヤボンディングの準備を行い、製品組立てのワイヤボンディングに戻る。このようにして、キャピラリ清掃工程によりキャピラリ２０の先端に付着した汚れを落とす（転写させる）清掃を行う。
【００６３】
次に、本実施の形態のキャピラリ清掃工程の他の例について、図１０を用いて説明する。前記例がセカンドボンディング工程の制御を利用してキャピラリ２０の清掃を行うのに対し、この例は、ファーストボンディング工程の制御を利用してキャピラリ２０の清掃を行うものである。このキャピラリ清掃工程では、まず、キャピラリ２０に保持された、切断後のワイヤ６の先端をトーチ等による高圧放電によって溶融して、製品組立ての際のワイヤボンディングで形成するボール６ａよりも小さなボールを形成する。また、ヒートステージ３０を加熱しておく。
【００６４】
ここで、製品組立ての際のボール６ａより小さなボールを形成するのは、以下の理由による。すなわち、製品組立ての際のボール６ａを形成するとボール６ａが大き過ぎて邪魔になり、キャピラリ清掃ツール３６のメッキ層３８にキャピラリ２０が接触し難くなって、キャピラリ２０の汚れを転写する効果が落ちてしまう。また、ボール６ａを形成しないと、ワイヤ６がキャピラリ２０の中に引っ込んでしまい、キャピラリ清掃工程の作業中にワイヤ６をキャピラリ清掃ツール３６のメッキ層３８にボンディングすることができなくなる。ワイヤ６のボール６ａをメッキ層３８にボンディングしていないと、清掃後にキャピラリ２０からワイヤ６を繰り出すのに時間が掛かるため、製品組立てのワイヤボンディングを行うのに支障を来す可能性がある。このため、キャピラリ２０がキャピラリ清掃ツール３６のメッキ層３８に接触し易く、かつワイヤ６がキャピラリ２０の中に引っ込まないようにするために製品組立ての際のボール６ａより小さなボールを形成するのである。
【００６５】
その後、図１０のステップＳ３８１に示すように、小さなボール６ａを形成したワイヤ６を保持したキャピラリ２０を、キャピラリ清掃ツール３６上に移動させる。そして、図１０のステップＳ３８２に示すように、キャピラリ２０の先端をキャピラリ清掃ツール３６の凹部３７の中に形成されたメッキ層（本実施の形態では金メッキ層）３８に接触させ、キャピラリ２０から超音波を発振することにより、キャピラリ２０の先端に形成されたボール６ａをメッキ層３８にボンディングする。
【００６６】
本実施の形態では、ワイヤ６が金線からなり、メッキ層３８が金メッキ層であるため、ボンディングした際の接着性が良いという利点がある。つまり、キャピラリ２０の汚れを転写させる目的としては、金メッキ、銀メッキ、パラジウムメッキ等であれば同等の効果を有するが、金線と金メッキのようにワイヤ６とメッキ層３８との接着性が良いと、清掃用のボンディングを行った後にワイヤクランパ１３でワイヤ６を保持して当該ワイヤ６を切断する際にボンディング箇所が剥がれないため切断し易く、好ましい。また、ボンディングの際に、キャピラリ２０の先端のできるだけ多くの部分がメッキ層３８に接触するように、キャピラリ２０が変形などの支障を来さない程度にキャピラリ２０をメッキ層３８に押し付けて超音波を発振し、キャピラリ２０の先端に付着した汚れがメッキ層３８に転写されるように促す。
【００６７】
なお、この例においても、前記したセカンドボンディング工程の制御を利用してキャピラリ２０の清掃を行う例の場合と同様に、キャピラリ清掃工程におけるキャピラリ２０の超音波出力は、製品組立ての際のワイヤボンディング時以上に設定しておく。
【００６８】
そして、キャピラリ２０の先端を、超音波を発振しながら一定距離又は一定時間メッキ層３８に押し付けた後、図１０のステップＳ３８３に示すように、キャピラリ２０をキャピラリ清掃ツール３６から離間させる。そして、キャピラリ２０の先端からボール形成に必要な量のワイヤ６を繰り出した位置でワイヤ６をワイヤクランパ１３で保持し、ワイヤ６を切断する。その後、ワイヤ６の先端に製品組立ての際のワイヤボンディング用のボール６ａを形成する等、製品組立てのワイヤボンディングの準備を行い、製品組立てのワイヤボンディングに戻る。このようにして、キャピラリ清掃工程によりキャピラリ２０の先端に付着した汚れを落とす（転写させる）清掃を行う。
【００６９】
なお、前記したキャピラリ清掃工程の２つの例において、ワイヤボンダ１０に、キャピラリ２０の先端に付着した汚れがキャピラリ清掃工程によって落ちたか否かを検査するためのカメラ又はセンサ等を設置しておき、キャピラリ清掃工程で空ボンディングを一定量行った後で当該検査を行うようになっていても良い。この場合、汚れが落ちていればキャピラリ清掃工程を終了して製品組立てのワイヤボンディングに戻り、汚れが落ちていなければキャピラリ清掃工程を続行し、汚れが落ちるまで（汚れが落ちたと判断されるまで）繰り返し清掃を行う。これにより、確実にキャピラリ２０の清掃を行うことができる。
【００７０】
また、本実施の形態では、キャピラリ清掃工程として、ファーストボンディング工程の制御を利用した例と、セカンドボンディング工程の制御を利用した例を記載したが、ファーストボンディング工程とセカンドボンディング工程の双方の制御を利用したキャピラリ清掃工程を行っても良い。すなわち、前記したようなファーストボンディング工程の制御を利用したキャピラリ清掃工程を行った後、そのまま前記したようなセカンドボンディング工程の制御を利用したキャピラリ清掃工程を行うのである。双方のキャピラリ清掃工程を行うことで、より確実なキャピラリの清掃を行うことができる。
【００７１】
本実施の形態の半導体装置１の製造方法によれば、ワイヤボンディング工程において、ワイヤボンディング（製品組立ての際のワイヤボンディング）が一定条件に到達した場合に、キャピラリ２０を用いて、ヒートステージに設けられたキャピラリ清掃ツール３６上で空ボンディングを行うことで、キャピラリ２０に付着した汚れをキャピラリ清掃ツール３６に転写させることができる。その結果、キャピラリ２０の汚れを清掃して確実なワイヤボンディングを実現することができる。これにより、ワイヤ剥がれ等のボンディング不良を防止して製品の歩留りを向上させることができる。また、ワイヤ剥がれ等のボンディング不良を防止して製品の品質を向上させることができる。また、キャピラリ２０の汚れを清掃することでキャピラリ２０の交換回数を減らし、半導体装置１の製造における製造コストを抑えることができる。また、自動でキャピラリ２０の汚れを清掃することで作業者が手作業でキャピラリ２０の交換を行う等の手間を軽減し、半導体装置１の製造における作業効率を向上させることができる。
【００７２】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００７３】
例えば、前記実施の形態では、半導体装置１としてＱＦＰを用いて説明したが、これに限るものではなく、製造過程でワイヤボンディングを行うものであれば、ＱＦＮ等の他のリードフレームタイプの半導体装置や、ＢＧＡ、ＣＳＰ等の基板タイプの半導体装置であっても良い。なお、基板タイプの半導体装置におけるワイヤボンディングでは、半導体チップとベース基板のリード（配線リード、電極）とをワイヤで電気的に接続することになる。
【００７４】
また、前記実施の形態では、キャピラリ清掃工程を行うために到達すべきワイヤボンディング工程における一定条件として、キャピラリ２０が行ったボンディング回数が所定回数に達することを挙げていたが、これに限るものではなく、他の条件に応じてキャピラリ清掃工程を行うようになっていても良い。例えば、ワイヤボンダ１０を稼働させた時間が所定時間を超えた場合にキャピラリ清掃工程を行うようになっていても良い。また、ワイヤボンダ１０に、キャピラリ２０の先端の汚れ具合を監視するカメラやセンサ等を設置しておき、当該カメラやセンサの監視に基づき、キャピラリ２０の先端の汚れ具合が一定状態を超えたと判断された場合にキャピラリ清掃工程を行うようになっていても良い。当該監視用のカメラやセンサは、例えば前記したようなキャピラリ清掃工程において汚れが落ちたか否かを検査するためのカメラやセンサと兼用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、半導体チップとリードとをワイヤで接続する半導体装置の製造技術に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施の形態の半導体装置（ＱＦＰ）の構造の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す半導体装置の組み立て手順の一例を示す製造プロセスフロー図である。
【図３】本発明の実施の形態のワイヤボンダの構造の一例を示す斜視図である。
【図４】図３に示すワイヤボンダのヒートステージの構造の一例を示す拡大平面図である。
【図５】図４に示すヒートステージをＡ−Ａ線に沿って切断した構造の一例を示す拡大断面図である。
【図６】本実施の形態のワイヤボンディング工程の手順の一例を示す製造プロセスフロー図である。
【図７】ワイヤボンディング時のヒートステージ等の様子の一例を示す拡大平面図である。
【図８】図７に示すヒートステージ等をＢ−Ｂ線に沿って切断した構造の一例を示す拡大断面図である。
【図９】本発明の実施の形態のキャピラリ清掃工程の手順の一例を示す製造プロセスフロー図である。
【図１０】本発明の実施の形態のキャピラリ清掃工程の手順の他の例を示す製造プロセスフロー図である。
【符号の説明】
【００７７】
１    半導体装置（ＱＦＰ）
２    封止樹脂部
２ａ  裏面
２ｂ  側面
３    半導体チップ
３ａ  電極（パッド）
４    リード
４ａ  上面
５    リードフレーム
６    ワイヤ
６ａ  ボール
７    タブ（ダイパッド）
８    吊りリード
１０    ワイヤボンダ
１１    ボンディングヘッド
１２    ＵＳホーン
１３    ワイヤクランパ
１４    ＸＹテーブル
１５    カメラ
１６    フィーダ
２０    キャピラリ（ボンディングツール）
３０    ヒートステージ
３１    半導体装置搭載エリア
３２    半導体チップ搭載エリア
３３    タブ逃げ用溝
３４    吊りリード逃げ用溝
３５    吸引口
３６    キャピラリ清掃ツール（異物除去シート）
３７    凹部
３８    メッキ層（金メッキ層）
３９    リードクランパ（リード押さえ）
Ｃ    リードフレームの搬送方向
【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】
2008270270.tif 000009
【図８】
2008270270.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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