(57)【要約】【課題】ボンディング面を照射するレーザ光を利用し、ボンディング前にボンディング面の高さを算出し、最適な低速動作の領域を設定し、最速なボンディング時間を提供する。【解決手段】ボンディングするための基準データとしてボンディング面の高さを記憶すると同時に、同一面を照射したレーザ光θのスポット位置を撮像された画像より算出し記憶しておく。実際のボンディングでは、搬送されてきたボンディング面となる半導体チップ１や基板およびリードフレーム２にレーザ光１７を照射し、予め記憶されたスポット位置とのズレ量を算出し、そのズレ量より高さ方向の差を求めることにより、実際のボンディング面の高さを算出する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップの電極と外部電極を配線するワイヤボンディング装置において、角度θから半導体チップ上に照射するレーザ光と、レーザ光が照射する位置を撮像する撮像手段と、基準として予め記憶した半導体チップ上のレーザ光の位置と新たに搬送されてきた半導体チップ上のレーザ光の位置を比較する手段と、予め記憶した半導体チップと搬送されてきた半導体チップの高さの差を算出する手段を具備したことを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項２】
前記記載の半導体チップ高さは、基準の半導体チップ高さ（Ｚ０）と、高さの差（ΔＺ）としたことを特徴とする請求項１項記載のワイヤボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤボンディング装置におけるボンディング対象である半導体チップの高さ検出および補正に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤボンダによる接合工程の説明を用いて従来の高さ検出方法を説明する。
図２はボンディング工程を概略的に示したもである。
まず、半導体チップ１がリードフレーム２のアイランド２ａ上に搭載され、そして、ワークステージ３上に移載される。次に、超音波ホーン４の先端側に取り付けられたキャピラリ５に通された金ワイヤ６の先端に、電気トーチ（図示していない）によりボール６ａが形成される。
【０００３】
この状態において、カメラ７により検出された、半導体チップ１上のある電極パッド１ａの位置に、ホーン４とともにキャピラリ５が下降される。そして、ホーン４を介してキャピラリ５が超音波振動され、また、所定の熱と荷重とが付加されることにより、金ワイヤ６の先端のボール６ａが半導体チップ１上の所定の位置の電極パッド１ａに接合される。
【０００４】
この後、キャピラリ５は金ワイヤ６を少しずつ送り出しながら上昇され、カメラ７により検出されたリードフレーム２のあるリード２ｂの位置に移動される。そして、キャピラリ５を介して所定の熱と荷重とが付加されることにより、金ワイヤ６が所定の位置のリード２ｂに圧着される。
【０００５】
この状態で、クランパ（図示していない）を引き上げることにより金ワイヤ６は切断され、半導体チップ１の電極パッド１ａおよび、リードフレーム２のリード２ｂの間にループ状に金ワイヤ６が接合される。
【０００６】
この後、新たにボール６ａの形成が行われて、次のパッド１ａへ金ワイヤ６を接合するためにキャピラリ５の移動が制御され、接合の動作が繰返される。
【０００７】
図３は、上記したワイヤボンダにおける、接合時の動作シーケンスを示すものである。なお、図３（ａ１）は、キャピラリ５のＺ軸方向のパッドへの下降動作タイミングであり、図３（ｂ１）は、パッド面タッチ検出タイミングであり、図３（ｃ１）は、Ｚ軸方向の制御方式切り換えタイミングでである。また、図３（ａ２）は、キャピラリ５のＺ軸方向のリードへの下降動作タイミングであり、図３（ｂ２）は、リード面タッチ検出タイミングであり、図３（ｃ２）は、Ｚ軸方向の制御方式切り換えタイミングでである。
【０００８】
すなわち、従来のボンディング動作は、まず、ボール６ａを形成した後、キャピラリ５を所定の電極パッド１ａの上方に移動する。そして、その位置からキャピラリ５を高速下降動作させる（図３ステップＡ）。
【０００９】
キャピラリ５の下降が所定のサーチ高さに達すると、その位置からキャピラリ５を等速下降動作（サーチ部）させる（図３ステップＢ）。そして、ボール６ａの電極パッド１ａへの接触を検出する、ワーク面タッチ検出のタイミングにおいて、キャピラリ５のＺ軸方向の制御を切り換え、超音波振動を発生させる。これにより、半導体チップ１上の所定の電極パッド１ａへの金ワイヤ６の接合が行われる。（図３ステュプＣ）。
【００１０】
次に電極パッド１ａへの金ワイヤ６のボンディングが終了すると、キャピラリ５のＺ軸方向の制御を、荷重制御から位置制御に切り換えて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の動作とともにキャピラリ５をＺ軸方向に移動させ、ループの形成を行う。（図３ステップＤ）。
【００１１】
そして、ループの形成にともなうキャピラリ５の下降が、リード２ｂ上の所定のサーチ高さに達すると、その位置からキャピラリ５を等速下降動作（サーチ部）させる。（図３ステップＥ）
【００１２】
同様にして、金ワイヤ６のリード２ｂへの接触を検出する、ワーク面タッチ検出のタイミングにおいて、キャピラリ６のＺ軸方向の制御を切り換え超音波振動を発生させる。これにより、リードフレーム２上の所定のリード２ｂへの金ワイヤ６の接合が行われる。（図３ステップＦ）
【００１３】
リード２ｂへの金ワイヤ６のボンディングが終了すると、キャピラリ５のＺ軸方向の制御を、荷重制御から位置制御に切り換えてキャピラリ５を上昇させ、金ワイヤ６を切断し、ボール６ａの形成を行い、図３ステップＧ、また、次の電極パッド１ａの上方へキャピラリ５を移動させることにより、ワイヤボンディングの１シーケンスが終了する。（図３ステップＨ）
【００１４】
このように、従来においては、ワーク面（半導体チップ１およびリードフレーム２）の高さのばらつきを考慮してサーチ高さを設定し、高速下降動作の後、キャピラリ５の等速下降動作を行って、ワーク面に対する衝突時の衝撃（接合時のインパクト荷重）が一定となるように制御している。
【００１５】
この速度を切り換える高さは、ティーチングされたボンディング点の高さを基準として動作させている。
【００１６】
たとえば、図４のように、ティーチングしたボンディング点の高さＨ０に対して、実際にボンディングするものの高さｈが高いと、ボンディングツールがボンディング面に高速移動の領域で激突する可能性がある。
【００１７】
また、図５のように、ティーチングしたボンディング点の高さＨ０に対して、実際にボンディングするものの高さｈが低いと、低速移動の領域が長くなり、ボンディング時間が遅くなる可能性がある。
【００１８】
つまり、ボンディング点の高さ方向のバラツキが大きいものをボンディングする場合は、高速動作の領域での激突を避けるため、低速で動作させる領域を大きくする必要があり、ボンディング時間が遅くなっていた。
【００１９】
そこで、ボンディング点の高さ方向のバラツキが大きいものに対して、３つのパッドの高さをボンディングしながら測定し、その結果から残りのパッドの高さを算出し、ボンディングする方法が考えられた。
また、オートフォーカス機能付きのカメラを搭載し、チップの高さを測定する方法も考えられた。
【００２０】
【特許文献】
【特許文献１】特開平０６―１８１２３２公報
【００２１】
【特許文献】
【特許文献２】特開平０９―２６０４１５公報
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法でも最初の３ワイヤのボンディングスピード低下は避けられないし、ワイヤ数の少ないものでの効果は期待出来ない。
又、装置に使用されているカメラレンズは、多少、チップの高さ方向のバラツキがあっても画像処理での位置決め精度を維持するために、焦点深度の深いものを使用する。それに対しオートフォーカスで精度良く測定するためには焦点深度が浅い方が有利であり、位置決めに適当なカメラレンズを選択すると、高さ測定に十分な精度が得られないことがある。
【００２３】
さらに、ボンディング面の高さ方向のバラツキが大きいものをボンディングする場合は、低速で動作させる領域を大きくする必要があり、その分ボンディングに要する時間が多くなり、生産量も減少するという問題があった。
【００２４】
また、１チップの先頭３ワイヤのみ低速領域を大きくして高さを測定し、それ以降のパッド高さを算出する方法もワイヤ数が少ないものに関しては大きなロス時間が発生する。
【００２５】
オートフォーカスを用いる方法は、光学系の選択が困難で、高さ測定に十分な精度が得られないことがある。
【００２６】
そこで本発明は、ボンディング面を照射するレーザ光を利用し、ボンディング前にボンディング面の高さを算出し、最適な低速動作の領域を設定し、最速なボンディング時間を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
半導体チップの電極と外部電極を配線するワイヤボンディング装置において、角度θから半導体チップ上に照射するレーザ光と、レーザ光が照射する位置を撮像する撮像手段と、基準として予め記憶した半導体チップ上のレーザ光の位置と新たに搬送されてきた半導体チップ上のレーザ光の位置を比較する手段と、予め記憶した半導体チップと搬送されてきた半導体チップの高さの差を算出する手段を具備したことを特徴とするワイヤボンディング装置。
【００２８】
前記記載の半導体チップ高さは、基準の半導体チップ高さ（Ｚ０）と、高さの差（ΔＺ）としたことを特徴とする請求項１項記載のワイヤボンディング装置。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を示す。
図７に示すように、ボンディングヘッドに搭載されているカメラ７、光学レンズ１６の光軸に対し、角度（θ）の方向から、レーザ光源１７を設置する。
【００３０】
この時、図８に示すように、基準の高さとしたい半導体チップ１のある位置にレーザ光のスポットを照射し、それがモニター１９のセンター付近に映し出されるようにレーザ光源１７を設置する。
【００３１】
まず、ボンディング前に基準となる半導体チップ１の高さを、超音波ホーン４を動作させ、キャピラリ５が半導体チップ１に接触した高さを、Ｚエンコーダ１８から読み込み、記憶する。（Ｚ０）
【００３２】
それと同時に基準となる半導体チップ１上に映し出され、光学レンズ１６，カメラ７を通して画像処理部２０に画像信号として送られたレーザ光のスポット中心（Ｘ０）を画像処理により算出する。
【００３３】
実際にボンディングを行う場合、ワークステージ３に搬送された半導体チップ１上にレーザ光を照射する。図９のように、この画像も光学レンズ１６，カメラ７を通して画像処理部１０に送られ、レーザ光のスポット中心（Ｘ１）を画像処理により算出する。
【００３４】
算出された位置はから、基準の半導体チップとの高さの差（ΔＺ）は、
基準の半導体チップとの高さの差ΔＺ＝（Ｘ１−Ｘ０）・ｔａｎθ．．（１）
となる。
【００３５】
したがって、実際にこの半導体チップ１の面にボンディングを行う場合は、基準の半導体チップの高さ（Ｚ０）＋高さの差（ΔＺ）をこの半導体チップ１の高さとしてボンディングすれば良い。
【００３６】
つまり、この高さを基準に最低限必要な低速動作範囲となるように設定することが可能となり、ボンディング時間を最速化することが出来る。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方法においては、ボンディング前にボンディング点の高さが既知となり、最短の低速動作の範囲を設定できることにより、ボンディング時間を最速化し、生産量の向上をはかることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の、装置構成を示すブロック図である。
【図２】従来技術とその問題点を説明するために、ワイヤボンダによる接合の手順を概略的に示す斜視図である。
【図３】従来技術とその問題点を説明するために、ワイヤボンディングにおけるボンディングツールのＺ方向の動作を示した図である。
【図４】従来技術とその問題点を説明するために、基準のボンディング高さより実際のボンディング高さが高い場合を示した図である。
【図５】従来技術とその問題点を説明するために、基準のボンディング高さより実際のボンディング高さが低い場合を示した図である。
【図６】高さの違う物体に照射されたレーザ光の位置を示した図である。
【図７】レーザ光源の設置位置を示した図である。
【図８】基準のチップにおける高さとレーザ光の位置を示した図である。
【図９】実際にボンディングするチップにおける高さとレーザ光の位置を示した図である。
【符号の説明】
１    半導体チップ
１ａ  電極パッド
２  リードフレーム
２ａ  リードフレームのアイランド部
２ｂ  リード
３    ワークステージ
４    超音波ホーン
５    キャピラリ
６    金ワイヤ
６ａ  金ボール
７  カメラ
１１  ＸＹテーブル
１６  光学レンズ
１７  レーザ光源
１８  Ｚエンコーダ
１９  モニター
２０  画像処理部
２１  ＸＹステージおよびボンディングヘッド制御部
２２  搬送制御部
θ    レーザー光角度
【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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【図８】
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【図９】
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