(57)【要約】【課題】生産性の低下を回避しつつ歩留りを向上させる。【解決手段】振動子５０に連結されたボンディングツール５２でチップ１０を保持してチップ１０に超音波振動を付勢し、チップ１０を配線基板２０にボンディングする超音波ダイボンダ３０であって、ボンディングステップ直後に、振動子５０によりボンディングツール５２を振動５８させながら、吹出ノズル５５からクリーンエア５７をボンディングツール５２に吹き付けるとともに、吸込ノズル５６によりクリーンエア５７を回収するクリーニングステップを実施する。【効果】ボンディングステップ直後にクリーニングステップを実施することにより、超音波ダイボンダを休止させずにボンディングツールをその都度クリーニングできるので、超音波ダイボンダのスループットの低下を防止しつつ、ボンディングツールの汚染によるボンディング不良の発生を未然に防止できる。【選択図】  図３
2005005382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子に連結されたボンディングツールによって半導体チップを保持し、前記振動子によって前記半導体チップとキャリアとの接触部に超音波振動を付勢して前記接触部をボンディングするボンディング工程を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記ボンディング工程は前記振動子によって前記ボンディングツールを振動させてクリーニングするステップを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記振動子によって前記ボンディングツールを振動させながら、前記ボンディングツールに気体を吹き付けてクリーニングすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
振動子に連結されたボンディングツールによって半導体チップを保持し、前記振動子によって前記半導体チップとキャリアとの接触部に超音波振動を付勢して前記接触部をボンディングするボンディング装置であって、
前記振動子によって前記ボンディングツールを振動させてクリーニングするように構成されていることを特徴とするボンディング装置。
【請求項４】
前記振動子によって前記ボンディングツールを振動させながら、前記ボンディングツールに気体を吹き付けてクリーニングするように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のボンディング装置。
【請求項５】
前記振動子によって前記ボンディングツールを振動させながら、前記ボンディングツールをクリーニング液に浸漬させるか、または、クリーニングツールに擦り付けるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造技術、特に、半導体チップ（ｃｈｉｐ  ｏｆ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  。能動素子、受動素子、これらを電気的に接続する回路を含む集積回路が作り込まれたチップ。以下、チップという。）をキャリア（ｃａｒｒｉｅｒ  ）に機械的に接続（ｂｏｎｄ。原子間力が働く程度に密着していない機械的な接続。以下、ボンディングという。）するボンディング技術に関し、例えば、メモリモジュールを製造するのに利用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、メモリモジュールのキャリアにチップをボンディングするボンディング装置として、超音波フリップチップボンディング装置（以下、超音波ダイボンダという。）が、普及しつつある。一般に、超音波ダイボンダは振動子に連結されたボンディングツールによってチップを保持し、振動子によってチップとキャリアとの接触部に超音波振動を付勢して接触部をボンディングするように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２９０６３２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超音波ダイボンダにおいては、ボンディングツールの異物の付着によって歩留りが低下するという問題点があることが本発明者によって明らかにされた。すなわち、ボンディング時に加圧および超音波振動が付勢されることにより、図７（ａ）に示されているように、チップ１０の周辺部のシリコン片やチップ裏面の異物（以下、異物という。）５９がボンディングツール５２に付着する。この状態で、図７（ｂ）に示されているように、ボンディングツール５２によって次のチップ１０を吸着してボンディングすると、図７（ｃ）に示されているように、チップ１０とボンディングツール５２との間に異物５９が挟まり、チップの欠けやボンディングツール５２への異物５９のめり込みが発生する。これが繰り返されると、ボンディングツール５２が摩耗したり、ボンディングツール５２の表面の平坦度が悪くなったり、チップ１０への異物５９の付着等の不良が多発したりするために、歩留りが低下する。
【０００５】
そこで、ボンディングツールがボンディングステップを実施する度毎にボンディングツールをアルコール布等によって拭くことにより、ボンディングツールをクリーニングすることが、一般的に考えられる。しかし、ボンディングステップの実施毎にボンディングツールをアルコール布等によって拭くクリーニングステップを実施することは、超音波ダイボンダのスループット（生産性）の観点から実現不能であり、ボンディングステップを数サイクル〜数十サイクルずつ繰り返した後に、クリーニングステップを実施するのが限界である。
【０００６】
本発明の目的は、生産性の低下を回避しつつ歩留りの低下を防止することができる半導体装置の製造技術を提供することにある。
【０００７】
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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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説明すれば、次の通りである。
【０００９】
すなわち、振動子に連結されたボンディングツールによって半導体チップを保持し、前記振動子によって前記半導体チップとキャリアとの接触部に超音波振動を付勢して前記接触部をボンディングするボンディング装置であって、
前記振動子によって前記ボンディングツールを振動させてクリーニングするように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
前記した手段によれば、例えば、ボンディングステップが終了した後に、続いて、ボンディングツールを振動させて、ボンディングツールを自動的にクリーニングすることができるので、ボンディング装置のスループットの低下を防止しつつ、ボンディングツールの汚染によるボンディング不良の発生を確実に防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１２】
本実施の形態において、本発明に係る半導体装置の製造方法は、メモリモジュールを製造する方法として構成されており、その特徴工程であるボンディング工程は、図３および図４に示された超音波ダイボンダ３０によって実施される。すなわち、超音波ダイボンダ３０は振動子に連結されたボンディングツールによって図１に示されたチップ１０を保持してチップ１０に超音波を付勢し、チップ１０と図２に示されたキャリアとしての配線基板２０との接触部をボンディングするように構成されている。
【００１３】
超音波ダイボンダ３０の一方のワークである図１に示されたチップ１０は長方形の平板形状に形成されたサブストレート１１を備えており、サブストレート１１のアクティブエリア側の主面である第一主面１２側にはＲＡＭ回路が作り込まれている。サブストレート１１の第一主面１２には複数個の電極パッド１３が両長辺の端部にそれぞれ一列ずつ整列されて形成されており、チップ１０の第一主面１２にはパッシベーション膜（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ  ｆｉｌｍ）１４が、各電極パッド１３をそれぞれ露出させた状態で全体的に被着されている。各電極パッド１３には金材料（金または金合金）からなるバンプ１５がそれぞれ突設されており、各バンプ１５の頭部はパッシベーション膜１４の上面から突出した状態になっている。バンプ１５は金線が使用されたワイヤボンディング技術によって略半球形状に形成されている。
【００１４】
超音波ダイボンダ３０の他方のワークである図２に示された配線基板２０は、基板本体（以下、本体という。）２１を備えており、本体２１はガラス含浸エポキシ樹脂やセラミック等の絶縁材料が使用されて長方形の平板形状に形成されている。本体２１の短辺はチップ１０の長辺よりも大きく設定されており、本体２１の長辺は七個のチップ１０が横並びに表面実装されてもなお余裕が残るように設定されている。本体２１の表裏両主面における一方の長辺の端部には多数個の外部端子２２が、互いに平行に並べられて形成されている。本体２１の表側主面における外部端子２２群を除く領域には仮想的に形成された略長方形のボンディングエリア２３が七箇所、所定の間隔をもって設定されており、各ボンディングエリア２３は長辺方向が本体２１の長辺と平行な中心線に直交されている。各ボンディングエリア２３にはチップ１０を機械的かつ電気的に接続するためのランド２４が複数個、左右で一対の列に配置されてそれぞれ形成されており、各ランド２４は本体２１の内部に配線された電気配線（図示せず）によって所定の各外部端子２２に互いに絶縁されてそれぞれ接続されている。
【００１５】
図３に示されているように、超音波ダイボンダ３０は機台３１を備えており、機台３１の略中央部にはボンディングステージ３２が設定されている。ボンディングステージ３２にはＸＹΘ駆動部３３が設置されており、ＸＹΘ駆動部３３の上には配線基板２０を保持するボンディングテーブル３４が設置されている。ＸＹΘ駆動部３３はボンディングテーブル３４を水平面内の縦横であるＸ方向とＹ方向に移動させるとともに、水平面内の基準点を中心とした回転角であるΘ方向に回転させるように構成されている。
【００１６】
機台３１の上には支持フレーム４０が立設されており、支持フレーム４０にはモータ４１が垂直方向下向きに設置されているとともに、一対のガイドポール４２、４２がモータ４１の両脇に配置されて垂下されている。両ガイドポール４２、４２の間にはリフトベース４４が昇降自在に架設されており、リフトベース４４とモータ４１の出力軸との間には、モータ４１の出力軸の正逆回転によってリフトベース４４を昇降させる送りねじ軸装置４３が介設されている。リフトベース４４にはエアシリンダ装置４５が垂直方向下向きに設置されており、エアシリンダ装置４５のピストンロッド４５ａの下端にはホルダ４６が吊持されている。ホルダ４６の上面のピストンロッド４５ａの両脇には一対のガイドシャフト４７、４７が垂直方向上向きに突設されており、両ガイドシャフト４７、４７は両ガイドポール４２、４２に摺動自在に嵌入されている。
【００１７】
ホルダ４６の左端部には支持部４８が垂直方向下向きに突設されており、ホルダ４６の略中央部には非接触軸受としてのエア浮上軸受４９が垂直方向下向きに突設されている。支持部４８には水平面内で左右方向に延在するように配置された振動子５０の一端部が固定されており、図４に示されているように、エア浮上軸受４９には振動子５０の他端部が挿入されて軸方向に摺動自在に支承されている。振動子５０の左端面には発振子５１が同軸に配置されて結合されている。発振子５１は電気エネルギを機械エネルギに変換する圧電素子や磁歪素子等のエネルギ変換器によって構築されており、超音波発生器（図示せず）から供給された電力によって所定の周波数の縦波の超音波振動を発生して出力するように構成されている。振動子５０は発振子５１からの超音波振動に共振する共振周波数の１波長の長さを有し、支持部４８は最大振動振幅点が位置するようになっている。振動子５０の先端部の最大振動振幅点にはボンディングツール５２が垂直方向下向きに取り付けられている。図４に示されているように、ボンディングツール５２の下端面にはチップ１０を真空吸着保持する吸引口５３が開設されており、吸引口５３には吸引路５４が接続されている。
【００１８】
図３に示されているように、ボンディングツール５２の下端付近には吹出ノズル５５と吸込ノズル５６とがボンディングツール５２の下端を挟んで互いに対向するように配置されており、吹出ノズル５５および吸込ノズル５６は支持フレーム４０にそれぞれ支持されている。吹出ノズル５５はクリーンエア５７をボンディングツール５２の下端に向けて吹き出すように設定されており、吸込ノズル５６はボンディングツール５２に吹き付けられたクリーンエア５７を吸い込んで全て回収するように設定されている。
【００１９】
機台３１のボンディングステージ３２の片脇にはＹ軸ロボット６１がＹ方向に敷設されており、Ｙ軸ロボット６１はＸ軸ロボット６２をＹ方向に往復移動させるように構成されている。Ｘ軸ロボット６２はその前端に設置された画像認識装置６３をＸ方向に往復移動させるように構成されている。画像認識装置６３はボンディングテーブル３４に保持された配線基板２０の上面の特徴パターンと、ボンディングツール５２に保持されたチップ１０の特徴パターンとを認識するように構成されている。
【００２０】
次に、前記構成に係る超音波ダイボンダによる本発明の一実施の形態であるメモリモジュールの製造方法のボンディング工程を説明する。
【００２１】
超音波ダイボンダ３０の一方のワークである配線基板２０は、図２に示されているように、ボンディングテーブル３４の上にランド２４側を上向きにして保持される。図４に示されているように、他方のワークであるチップ１０はバンプ１５側を下向きにしてボンディングツール５２に吸引口５３に印加される吸引力によって吸着されて保持された状態で、ボンディングステージ３２に搬送され、配線基板２０に対向される。
【００２２】
ボンディングツール５２のチップ１０がボンディングステージ３２において配線基板２０のボンディングエリア２３に対向されると、Ｙ軸ロボット６１がＸ軸ロボット６２を前進させることにより、図３に想像線で示されているように、画像認識装置６３が配線基板２０の上面とチップ１０との間に挿入される。画像認識装置６３は配線基板２０のボンディングエリア２３の特徴パターンとボンディングツール５２に保持されたチップ１０の特徴パターンとを認識することにより、配線基板２０の上面のランド２４とボンディングツール５２のチップ１０のバンプ１５とを位置合わせする。位置合わせが終了すると、画像認識装置６３はＹ軸ロボット６１によって元の位置に戻される。
【００２３】
画像認識装置６３に基づく位置合わせが終了すると、ボンディングテーブル３４がＸＹΘ駆動部３３によって移動され、モータ４１の正回転による送りねじ軸装置４３を介してのリフトベース４４の下降と、エアシリンダ装置４５のピストンロッド４５ａの伸長によるホルダ４６の下降とにより、ボンディングツール５２が下降され、チップ１０のバンプ１５が配線基板２０のボンディングエリア２３のランド２４に押圧される。同時に、発振子５１が発振して、振動子５０が超音波振動をチップ１０のバンプ１５と配線基板２０のランド２４との接触部分に付勢する。この加圧力と超音波振動の付勢力とにより、チップ１０のバンプ１５と配線基板２０のランド２４とが接合（ボンディング）する。この際、配線基板２０のボンディングエリア２３の各ランド２４とボンディングツール５２のチップ１０の各バンプ１５とが、予め位置合わせされているため、ボンディングツール５２のチップ１０は配線基板２０のボンディングエリア２３に適正にボンディングする。
【００２４】
ボンディングステップが終了すると、ボンディングツール５２はモータ４１の逆回転によるリフトベース４４の上昇と、エアシリンダ装置４５のピストンロッド４５ａの短縮によるホルダ４６の上昇とにより、待機位置に上昇される。ボンディングツール５２が待機位置に戻ると、ボンディングツール５２が振動子５０によって振動（図３の矢印５８参照）されながら、クリーンエア５７が吹出ノズル５５からボンディングツール５２に吹き付けられるとともに、吸込ノズル５６によって吸い込まれて全て回収される。ボンディングツール５２に万一にも付着した異物５９は、このクリーンエア５７のボンディングツール５２への吹き付けおよび吸い込みによって強制的に剥離されるとともに、飛散することなく回収される。この際、ボンディングツール５２が振動子５０によって振動されているために、ボンディングツール５２に付着した異物５９はクリーンエア５７の吹き付けによって確実に剥離される。
【００２５】
以上のボンディングステップおよびクリーニングステップが繰り返されることにより、チップ１０が配線基板２０にボンディングツール５２によって順次にボンディングされて行くとともに、ボンディングツール５２がその都度クリーニングされる。そして、図５に示されたメモリモジュール２５が製造される。なお、超音波ダイボンダ３０において、チップ１０が配線基板２０にボンディングされると、ボンディング済みの配線基板２０がボンディングテーブル３４から排出され、次の配線基板２０がボンディングテーブル３４に自動的に供給されて来る。
【００２６】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００２７】
１）  ボンディングツールによるボンディングステップの実施毎に、クリーンエアを吹出ノズルからボンディングツールに吹き付けるとともに、吸込ノズルによって吸い込むことにより、ボンディングツールに付着した異物を強制的に剥離するとともに、飛散させることなく回収することができるので、ボンディングツールの汚染によるボンディング不良の発生を未然に防止することができ、超音波ダイボンダの製造歩留りを向上させることができる。
【００２８】
２）  ボンディングツールによるボンディングステップの実施毎に、クリーンエアを吹出ノズルからボンディングツールに吹き付けるとともに、吸込ノズルによって吸い込むことにより、ボンディングツールに付着した異物を超音波ダイボンダを休止させずに自動的にクリーニングすることができるので、超音波ダイボンダのスループットを向上させることができる。
【００２９】
３）  クリーンエアを吹出ノズルからボンディングツールに吹き付けるとともに、吸込ノズルによって吸い込む際に、ボンディングツールを振動子によって振動させることにより、ボンディングツールに付着した異物をクリーンエアの吹き付けおよび吸い込みによって確実に剥離かつ捕集することができるので、クリーニングの精度を向上させることができる。
【００３０】
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記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いうまでもない。
【００３１】
例えば、図６（ａ）に示されているように、振動子５０によってボンディングツール５２を振動させながら、ボンディングツール５２の先端部をクリーニング液５７Ａに浸漬させるように構成してもよいし、図６（ｂ）に示されているように、ボンディングツール５２の先端部をブラシや布等のクリーニングツール５７Ｂに擦り付けるするように構成してもよい。
【００３２】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるメモリモジュールの製造技術について説明したが、それに限定されるものではなく、超音波振動を利用した半導体装置の製造技術全般に適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
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、次の通りである。
【００３４】
ボンディングステップの実施毎に、ボンディングツールを振動させてボンディングツールを自動的にクリーニングすることにより、ボンディング装置のスループットの低下を防止しつつ、ボンディングツールの汚染によるボンディング不良の発生を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるメモリモジュールの製造方法に使用される各チップを示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。
【図２】同じく配線基板を示しており、（ａ）は一部省略平面図、（ｂ）は主要部の拡大平面図、（ｃ）は（ｂ）のｃ−ｃ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態である超音波ダイボンダを示す正面図である。
【図４】その主要部を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う側面断面図である。
【図５】メモリモジュールを示しており、（ａ）は一部省略平面図、（ｂ）は主要部の拡大平面図、（ｃ）は（ｂ）のｃ−ｃ線に沿う断面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態を示す主要部の各正面図であり、（ａ）はクリーニング液を使用する場合を示しており、（ｂ）はクリーニングツールを使用する場合を示している。
【図７】ボンディングツールに付着した異物による作用を説明するための各正面断面図である。
【符号の説明】
１０…チップ、１１…サブストレート、１２…第一主面、１３…電極パッド、１４…パッシベーション膜、１５…バンプ、２０…配線基板、２１…基板本体（本体）、２２…外部端子、２３…ボンディングエリア、２４…ランド、２５…メモリモジュール（半導体装置）、３０…超音波ダイボンダ、３１…機台、３２…ボンディングステージ、３３…ＸＹΘ駆動部、３４…ボンディングテーブル、４０…支持フレーム、４１…モータ、４２…ガイドポール、４３…送りねじ軸装置、４４…リフトベース、４５…エアシリンダ装置、４５ａ…ピストンロッド、４６…ホルダ、４７…ガイドシャフト、４８…支持部、４９…エア浮上軸受（非接触形軸受）、５０…振動子、５１…発振子、５２…ボンディングツール、５３…吸引口、５４…吸引路、５５…吹出ノズル、５６…吸込ノズル、５７…クリーンエア、５７Ａ…クリーニング液、５７Ｂ…クリーニングツール、５８…振動、５９…異物、６１…Ｙ軸ロボット、６２…Ｘ軸ロボット、６３…画像認識装置。
【図１】
2005005382.tif 000003
【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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