(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻回状態でリールに蓄えられたボンディングワイヤが、ワイヤテンショナーによりエアで湾曲状態に吹き上げられ所定の張力をもってフローティング支持されながらボンディング作業機構に送給されるように構成されたボンディングヘッドにより、ボンディングステージ上のウエハに対してバンプを形成するようにしたバンプボンディング装置において、上記リールとボンディング作業機構の間に、送給中のボンディングワイヤと接触して該ワイヤの静電気をアースするアース棒が設けられ、
さらに、上記リールとワイヤテンショナーの間に上記ボンディングワイヤの送給状態を検出し得るフィード検出センサが設けられており、ボンディングワイヤが湾曲状に吹き上げられた状態で、上記フィード検出センサがワイヤの湾曲部分の頂点の略真下に位置するように、上記アース棒は、この湾曲部分のリール側の基端部またはその近傍に位置設定されていることを特徴とするバンプボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ボンディングヘッドによりＩＣチップの電極部に電気接続用のバンプをワイヤボンディング技術によって形成するバンプボンディング装置、特に、各ＩＣチップに分割する前のウエハの状態でバンプを形成するバンプボンディング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、特に携帯型のものを中心として、種々の電子機器について一層の小型軽量化が求められており、これに伴って、これら電子機器に内蔵されるＩＣチップに関しても、その小型化が著しい。
従って、ＩＣチップの電極部にバンプを設けるに際しても、ウエハをダイシングにより分割して得られた各ＩＣチップを、１個づつボンディングステージに移載し、位置決めしてボンディングを行うという方式のバンプボンダーでは、生産能率が悪く、また、ＩＣチップの移載・トレーによる搬送などにおける取扱いも容易でなく、更に、精度の良い位置決めも難しくなる等、種々の技術的な困難が生じる。
【０００３】
そこで、ＩＣチップをダイシングにより個別のものに分離する前のウエハの状態で、各ＩＣチップに対してバンプを形成することが考えられる。
しかし、このようにウエハの状態で当該ウエハに直接バンプを形成するに際しても、以下に述べるように、分離された個別のＩＣチップにおける場合とはまた異質な種々の技術的問題が伴い、実用化に当たってはこれらの問題を解決することが必要となる。
本願発明者は、かかる問題に関して鋭意研究を重ね、特願平８−３２３０６４号（特開平１０−１６３２１４号公報）において、これら技術的課題に有効に対処し得るバンプボンダー及びバンプ形成方法を提案した。
【０００４】
ところで、上記のようなバンプボンダーでウエハにバンプを形成する場合、ウエハをボンディングステージに固定した状態で、ウエハ上のＩＣチップのボンディング対象電極部の上方にボンディングワイヤの先端部を位置させ、このワイヤ先端部を溶融させて形成したボール部にボンディングヘッドのホーンを用いて超音波振動を印加することにより、このボールを電極部に熱圧着してバンプ形成が行われる。
また、このボンディング対象のＩＣチップの認識およびボンディング作業の視覚認識を行うための認識カメラが、ボンディングヘッドに設けられている。
【０００５】
すなわち、図９に示すように、ボンディングヘッド６１では、超音波ホーン６２の先端に設けられたキャピラリ６２ａの上方にボンディングワイヤ６４のクランパ６８が位置し、このクランパ６８の上方に、認識カメラ７４と該カメラ７４用の鏡筒７１とを備えたカメラユニット７０が配置されている。
上記鏡筒７１の先端部には、認識すべきボンディング対象のＩＣチップおよびボンディング作業を映し出して認識カメラ７４側に光を入射させるプリズム７２が取り付けられている。
【０００６】
この従来のボンディングヘッド６１は、ボンディング作業の仕様等に応じて長短いずれのタイプの鏡筒でも適用できるもので、認識カメラ７４はアダプタ７４によりボンディングヘッド６１のベース部材７５の上部に固定されている。
上記鏡筒７１は、認識カメラ７４の前側に該カメラ７４と同軸に配置され、鏡筒７１のカメラ７４と連結される基端部の近傍が、ベース部材７５に対して一体的に締結固定されたホルダー４７の上部にキャップ７８によって固定されている。
【特許文献１】特開平１０−１６３２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この従来のボンディングヘッド６１の場合、カメラユニットの鏡筒７１は、上述のように、その基端部近傍のみの一点で支持された片持ち支持構造で支持されているので、十分に安定した支持を得ることが難しく、比較的小さい振動入力でも鏡筒７１が振れることになる。このような振れは、鏡筒が長尺になるほど顕著に現れる。
一方、ボンディングヘッド６１に搭載されている認識カメラ７４は高精度にＩＣチップの位置認識を行わなければならないので、通常、その視野は狭く、鏡筒７１に振れが生じると、その振れが余り大きくない場合でも、認識すべきＩＣチップの認識箇所がカメラ７４の視野から外れてしまう場合がある。これに対して視野が比較的広く設定された認識カメラを用いて対処することも考えられるが、かかる視野の広い認識カメラは非常に高価であるのでコスト高になるという難点があった。
【０００８】
また、ボンディング作業は高温のボンディングステージ８０上で行われるので、ボンディングヘッド６１のカメラユニット７０や超音波ホーン６２もボンディングステージ８０からの熱輻射等によって加熱されることになる。これにより認識カメラ７４用の鏡筒７１や超音波ホーン６２が熱膨張で伸長するが、この熱膨張が余り大きくなると、カメラ７４の認識精度やボンディング作業における位置精度に大きな影響を及ぼすという問題があった。
【０００９】
一方、ボンディング箇所に供給されるボンディングワイヤ（一般に金（Ａｕ）製の細線）は、リールに巻き付けた状態で蓄えられ、所定の張力を与えるためにエアで湾曲状態に吹き上げられフローティング支持されながら、キャピラリ６２ａ上方のクランパ６２に向かって送給されるが、この送給過程で静電気を帯びて切れ易くなるという問題があった。
【００１０】
更に、上記ボンディングワイヤの送給状態を検出するためのフィード検出センサがワイヤの送給経路の近傍に配置されるが、このセンサは、ワイヤが湾曲状に吹き上げられた状態でワイヤの頂点の真下に位置する場合に、最も安定した検出を行えることが知られている。
ところが、ボンディングワイヤを巻回状態で蓄えるリールは、ボンディングステージ側からの熱影響を極力避けるため、できるだけ上方に配置されることが好ましく、このリールを高い位置に維持する必要がある関係上、従来では、ワイヤの湾曲状態における頂点とセンサ位置とが鉛直線上に並ぶように設定することが難しいという問題があった。
【００１１】
この発明は、以上のような諸問題に鑑みてなされたもので、特に大幅なコスト増を招くことなく認識カメラによる位置認識を安定して行え、また、ボンディング作業機構へのボンディングワイヤの送給を安定して行えるようにすることを基本的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願の請求項１に係る発明は、巻回状態でリールに蓄えられたボンディングワイヤが、ワイヤテンショナーによりエアで湾曲状態に吹き上げられ所定の張力をもってフローティング支持されながらボンディング作業機構に送給されるように構成されたボンディングヘッドにより、ボンディングステージ上のウエハに対してバンプを形成するようにしたバンプボンディング装置において、上記リールとボンディング作業機構の間に、送給中のボンディングワイヤと接触して該ワイヤの静電気をアースするアース棒が設けられ、
さらに、上記リールとワイヤテンショナーの間に上記ボンディングワイヤの送給状態を検出し得るフィード検出センサが設けられており、ボンディングワイヤが湾曲状に吹き上げられた状態で、上記フィード検出センサがワイヤの湾曲部分の頂点の略真下に位置するように、上記アース棒は、この湾曲部分のリール側の基端部またはその近傍に位置設定されていることを特徴としたものである。
【００１３】
このように、リールとボンディング作業機構の間にアース棒を設けたことにより、ボンディングワイヤが送給過程で帯びた静電気により切れ易くなることを効果的に防止できる。更に、上述のような構成を採用したことにより、ボンディングワイヤが湾曲状に吹き上げられた状態で、フィード検出センサをワイヤの湾曲部分の頂点の略真下に位置させることができ、ボンディングワイヤの送給状態を安定して高精度に検出することができるようになる。
【発明の効果】
【００１６】
本願の請求項１に係る発明によれば、巻回状態でリールに蓄えられたボンディングワイヤが、ワイヤテンショナーによりエアで湾曲状態に吹き上げられ所定の張力をもってフローティング支持されながらボンディング作業機構に送給されるように構成されたボンディングヘッドにより、ボンディングステージ上のウエハに対してバンプを形成するようにしたバンプボンディング装置において、上記リールとボンディング作業機構の間に、送給中のボンディングワイヤと接触して該ワイヤの静電気をアースするアース棒が設けられているので、ボンディングワイヤが送給過程で帯びた静電気により切れ易くなることを効果的に防止できる。
【００１７】
さらに、本願の請求項１に係る発明によれば、リールとワイヤテンショナーの間に上記ボンディングワイヤの送給状態を検出し得るフィード検出センサが設けられており、ボンディングワイヤが湾曲状に吹き上げられた状態で、上記フィード検出センサがワイヤの湾曲部分の頂点の略真下に位置するように、上記アース棒は、この湾曲部分のリール側の基端部またはその近傍に位置設定されているので、ボンディングワイヤが湾曲状に吹き上げられた状態で、フィード検出センサをワイヤの湾曲部分の頂点の略真下に位置させることができ、ボンディングワイヤの送給状態を安定して高精度に検出することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の代表的な一実施の形態について図１〜図７を参照しながら説明する。
まず、本実施形態のバンプボンディング装置の全体配置構成を図１を参照して説明すると、ウエハ１を収容したキャリアが搬入される搬入ステーション２と、キャリアから引き出したウエハが位置決めされる搬入側の移載ステーション３と、バンプを形成するボンディングステーション４と、バンプを形成されたウエハ１が位置決めされる搬出側の移載ステーション５と、バンプを形成されたウエハ１を順次キャリアに収容して搬出する搬出ステーション６とがライン上に等間隔に配設されている。このウエハ１の移動ラインの前部には、ウエハ１を搬入ステーション２から搬入側移載ステーション３に取り出す取出手段７と、ウエハ１を搬出側移載ステーション５から搬出ステーション６に挿入する挿入手段８が配設されている。さらに、その前部に搬入側移載ステーション３のウエハ１をボンディングステーション４に移載し、ボンディングステーション４のウエハ１を搬出側移載ステーション５に移載する移載手段９が配設されている。
【００１９】
ボンディングステーション４には、超音波熱圧着によるボンディングのためにヒートステージからなるボンディングステージ１０が配設されるとともにその後部にボンディングヘッド１１が配設されている。ボンディングヘッド１１は、ＸＹ２方向に移動できるように支持されるとともにＸ軸モータ１２ａ、Ｙ軸モータ１２ｂにてＸ方向とＹ方向の任意の位置に移動・位置決め可能なＸＹテーブル１２上に搭載されている。
【００２０】
上記ボンディングヘッド１１のワイヤ供給機構は、図２に示すように、例えば金（Ａｕ）製の細線でなるボンディングワイヤ１４を巻回状態で蓄えたワイヤリール１３と、このワイヤリール１３からのワイヤ１４を上方から通されて、ボンディングステージ１０上のボンディング対象物であるウエハ１にボンディングを行うボンディング作業機構１５と、ワイヤリール１３からボンディング作業機構１５側に至るワイヤ１４の途中を上向きの湾曲状態にエア１６で吹き上げてワイヤ１４に所定の張力（テンション）を与えるワイヤテンショナー１７（第１ワイヤテンショナー）と、ボンディング作業機構１５におけるクランパ１８のワイヤガイド１８ａの真上でワイヤ１４を上方への吹き上げエア２０に曝してワイヤ１４に上向きのテンションを与えるワイヤテンショナー２１（第２ワイヤテンショナー）とを備えており、ワイヤリール１３からのワイヤ１４をエア１６,２０にて所定の供給経路およびテンションを保つようにフローティング支持しながらボンディング作業機構１５に無理なく供給できるように構成されている。
【００２１】
上記ワイヤリール１３は、例えば鋼板をプレス加工して成形されたベース板３１に支持されており、該ベース板３１から前方に突出するように設けられたブラケット３２の途中部に上記第１ワイヤテンショナー１７が取り付けられ、また、上記ブラケット３２の先端側に第２ワイヤテンショナー２１が取り付けられている。この第１ワイヤテンショナー１７の上方に、吹き上げエア１６，２０により吹き上げられるワイヤ１４を規制するストッパ３４が設けられている。
更に、上記ストッパ３４の真下側には、ボンディングワイヤ１４の送給状態を検出するためのフィード検出センサ３３が設けられている。上記ボンディングワイヤ１４は、通常、上記吹き上げエア１６，２０により上記ストッパ３４と、フィード検出センサ３３との間に吹き上げられるが、この実施の形態では、従来知られているように、下がってきたワイヤ１４が上記フィード検出センサ３３により検出される都度ワイヤリール１３からワイヤ１４を送給して、ボンディング作業機構１５へのワイヤ１４の供給動作を制御するようにした。
また、更に、ワイヤリール１３のワイヤ送給方向における前側の斜め下方には、送給停止状態においてワイヤ１４が過度に垂れ下がることを防止するためのワイヤ規制ロッド３５が、ベース板３１から突出するようにして設けられており、リール１３に巻回されたワイヤ１４は、この規制ロッド３５の上側を通って引き出される。
【００２２】
更に、本実施の形態では、上記ワイヤ規制ロッド３５の前側の斜め上方に、つまり、上記リール１３とボンディング作業機構１５の間に、送給中のボンディングワイヤ１４と接触して該ワイヤ１４の静電気をアースするアース棒３６が、上記ワイヤ規制ロッド３５と略平行となるように、上記ベース板３１に固定して設けられている。ワイヤリール１３から引き出されたボンディングワイヤ１４は、このアース棒３６の下側を通り、該アース棒３６との接触状態を維持しつつボンディング作業機構１５に送給される。
このように、ワイヤリール１３とボンディング作業機構１５の間にアース棒３６を設けたことにより、ボンディングワイヤ１４が送給過程で帯びた静電気により切れ易くなることを効果的に防止できるのである。
【００２３】
このアース棒３６は、図３から分かるように、第２ワイヤテンショナー１７によりボンディングワイヤ１４が湾曲状に吹き上げられた状態で、上記フィード検出センサ３３がワイヤ１４の上方への湾曲部分の頂点の略真下に位置するように、この湾曲部分のリール１３側の基端部またはその近傍に位置設定されている。
上記アース棒３６が設けられていない場合には、図３において仮想線で示されるように、フィード検出センサ３３がワイヤ１４の上方への湾曲部分の頂点の鉛直線上における下方に位置するように設定することは難しく、高精度の検出を安定して行うことは困難である。
【００２４】
本実施の形態では、上記のような構成を採用したことにより、ボンディングワイヤ１４が湾曲状に吹き上げられた状態で、フィード検出センサ３３をワイヤ１４の湾曲部分の頂点の略真下に位置させることができ、ボンディングワイヤ１４の送給状態を安定して高精度に検出することができるのである。
【００２５】
一方、上記ボンディング作業機構１５は、図２及び図４に示すように、ワイヤ１４を把持するクランパ１８と、先端にワイヤ１４が挿通されるキャピラリ２２ａを有するとともに形成されたボール１４ａ（図５参照）に超音波振動を印加するホーン２２と、放電用のトーチ２３とを備えている。また、図４から分かるように、ボンディング作業の状態を視覚認識する認識カメラ２４が上部に配設され、認識画像を認識用モニタ（図示せず）に表示するとともにデータ処理装置（不図示）に認識信号を入力してデータ処理するように構成されている。更に、ボンディング作業機構１５を図示しない支点軸を中心に往復回動させて先端部を上下動させる上下動電磁駆動部２５と、クランパ１８を開閉する開閉電磁駆動部（不図示）とが設けられている。
尚、この実施の形態では、上記ホーン２２として、その軽量化による超音波振動の高速化を図るべく、チタン製のものを用いるようにした。
【００２６】
ボンディング作業を、図５を参照して説明すると、ワイヤ１４はキャピラリ２２ａを通じて送り出され、これがウエハ１の所定の電極２７と対向する位置にボンディングヘッド１１が移動する都度、トーチ２３からのスパーク電流によって先端部が溶かされ、図５の（ａ）に示すようなボール１４ａが形成される。ワイヤ１４の各電極２７との対向位置は認識カメラ２４の視覚認識のもとに高精度に制御される。形成されたボール１４ａはウエハ１の電極２７上に熱圧着と超音波振動とによって図５の（ｂ）に示すように接合される。この際の圧着力は３０ｇ〜５０ｇ程度が好適であり、超音波振動は水平方向にかけられ、振幅０．５μｍ、振動数６０〜７０ＫＨＺ （具体例としては６３．５ＫＨＺ ）程度とするのが好適である。次いで、ワイヤ１４を挟持したクランパ１８およびキャピラリ２２ａの上動によって、図５の（ｃ）に示すようにワイヤ１４を切断して、電極２７の上にボール１４ａと、ボール１４ａから３０μｍ〜４０μｍ程度の高さに突出したワイヤ部分１４ｂとからなる突出長約６０μｍ程度のバンプ２８が形成される。ワイヤ１４は、上記切断が所定位置で確実に行われるように高ヤング率・低熱伝導率のものが用いられる。
【００２７】
図４及び図６は、それぞれ、上記ボンディングヘッド１１の斜視図及び平面図である。このボンディングヘッド１１では、超音波ホーン２２の先端に設けられたキャピラリ２２ａの上方にボンディングワイヤ１４のクランパ１８が位置し、このクランパ１８の上方に、認識カメラ２４と該カメラ用の鏡筒４１とを備えたカメラユニット４０が配置されている。上記認識カメラ２４は、ボンディング対象のＩＣチップの認識およびボンディング作業の視覚認識を行うためのもので、上記鏡筒４１の先端部には、認識すべきボンディング対象のＩＣチップおよびボンディング作業を映し出して認識カメラ２４側に光を入射させるプリズム４２が取り付けられている。本実施の形態では、このプリズム４２をボンディングステージ１０からの熱影響から保護すべく、プリズム４２を取り囲む熱遮蔽部材３７が設けられている。また、上記鏡筒４１の途中部には、上記カメラによる認識時に対象物を照明する照明光を送る同軸照明手段４３が連結されている。
このボンディングヘッド１１は、ボンディング作業の仕様等に応じて長短いずれのタイプの鏡筒でも適用できるもので、認識カメラ２４はアダプタ４４によりボンディングヘッド１１のベース部材４５の上部に固定されている。
【００２８】
上記鏡筒４１は、認識カメラ２４の前側に該カメラ２４と同軸に配置され、鏡筒４１のカメラ２４と連結される基端部の近傍が、ベース部材４５に対して一体的に締結固定されたホルダー４７の上部に第１キャップ４８によって固定されている。更に、この鏡筒４１は、上記基端部の近傍よりも前方の所定部位が、上記ホルダー４７の上部に第２キャップ４９によって固定されている。図７は、上記鏡筒４１とそれを固定保持するホルダー４７の分解斜視図である。
このように、上記鏡筒４１を、認識カメラ２４と連結される基端部の近傍とそれより前方の所定部位との複数点（本実施の形態では２点）で上記ベース部材４５に対して固定したことにより、上記基端部近傍のみの一点で片持ち支持されていた従来に比べて、十分に安定した支持を得ることができ、鏡筒４１の振れを有効に抑制できる。
その結果、認識カメラ２４を非常に高価な視野の広いタイプのものに代えることなく、鏡筒４１の振れによって認識すべきＩＣチップの認識箇所がカメラ２４の視野から外れてしまうなどの不具合の発生を防止できる。すなわち、カメラ変更による大幅なコスト増を招来することなく、ボンディング作業における位置認識の精度を維持することができるのである。
【００２９】
また、この実施の形態では、上記ボンディングステージ１０からの輻射入熱を緩和する手段として、上記超音波ホーン２２の下側に熱遮蔽機構３８が設けられている。これにより、上記超音波ホーン２２へのボンディングステージ１０からの輻射入熱を有効に抑制することができ、この輻射入熱によってボンディング作業における位置精度が大きな悪影響を受けることを防止できる。
【００３０】
更に、図６からよく分かるように、上記鏡筒４１に略沿って冷却用エアを供給するエアパイプ３９が配設され、該エアパイプ３９の鏡筒４１に対向する側に複数のエア噴出口３９ａが鏡筒４１に略沿って設けられている。これにより、エアパイプ３９のエア噴出口３９ａから鏡筒４１に向かって冷却用エアを吹き付けることが可能であり、認識カメラ２４用の鏡筒４１の熱膨張を有効に抑制し、カメラ２４の認識精度が大きな悪影響を受けることを防止できる。
【００３１】
図８に、本発明の他の実施の形態に係るボンディングヘッドを示す。このボンディングヘッド５１では、長尺タイプの鏡筒５３が用いられ、鏡筒５３は、認識カメラ５４と連結される基端部の近傍で、ベース部材５５に対して一体的に締結固定されたホルダー５７の上部に第１キャップ５８によって固定されている。また、鏡筒５３は、それより前方の２点の所定部位で、それぞれ、第２及び第３キャップ５９，６０によりホルダー５７に固定されている。すなわち、この実施の形態では、鏡筒５３が３点で上記ベース部材５５に対して固定されている。これにより、鏡筒が長いタイプである場合でも、十分に安定した支持が得られ、鏡筒の振れを有効に抑制できる。
【００３２】
尚、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係るバンプボンディング装置の全体配置構成を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るボンディングヘッドにおけるワイヤ供給機構の斜視図である。
【図３】上記ワイヤ供給機構においてボンディングワイヤが湾曲状に吹き上げられた状態を示す説明図である。
【図４】上記ボンディングヘッドの斜視図である。
【図５】上記実施の形態に係るボンディング作業工程を示し、（ａ）はボール形成工程の断面図、（ｂ）はボールを電極に接合する工程の断面図、（ｃ）はワイヤを切断してバンプを形成する工程の断面図である。
【図６】上記ボンディングヘッドの平面図である。
【図７】上記ボンディングヘッドにおいて鏡筒及びそれを保持するホルダーの分解斜視図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係るボンディングヘッドの斜視図である。
【図９】従来のボンディングヘッドの斜視図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…ウエハ
１０…ボンディングステージ
１１…ボンディングヘッド
１３…ワイヤリール
１４…ボンディングワイヤ
１５…ボンディング作業機構
１７，２１…ワイヤテンショナー
２２…超音波ホーン
２４…認識カメラ
３３…フィード検出センサ
３６…アース棒
３８…熱遮蔽機構
３９…エアパイプ
３９ａ…エア噴出口
４０…カメラユニット
４５…ベース部材
【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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