(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングパッドにワイヤをボンディングするために、前記ワイヤの実ボンディング点を設定するボンディングデータ設定装置であって、
前記ボンディングパッドの中心点の位置を検出するパッド検出手段と、
前記ボンディングパッドに付けられたプローブ等の圧痕の基準点の位置を検出する圧痕検出手段と、
前記ボンディングパッドの中心点の位置と前記圧痕の基準点の位置とに基づき、前記ボンディングパッドの中心点を実ボンディング点とした場合に比して、前記圧痕と、前記ワイヤとボンディングパッドとの接合面との重畳面積が減少し、かつ前記接合面のうち前記圧痕と重畳する部分を除いた面積が増大するように、前記ボンディングパッドの中心点からのオフセット量とオフセット方向とを設定するオフセット設定手段と、
前記中心点の位置、前記オフセット量および前記オフセット方向に基づき、前記中心点に対して前記オフセット方向に前記オフセット量だけシフトした位置に実ボンディング点を設定する演算処理手段と、
を備えたボンディングデータ設定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のボンディングデータ設定装置であって、
前記演算処理手段は、単一の前記オフセット量を用いて、複数のボンディングパッドについての実ボンディング点を設定することを特徴とするボンディングデータ設定装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載のボンディングデータ設定装置であって、
前記演算処理手段は、単一の前記オフセット方向を用いて、複数のボンディングパッドについての実ボンディング点を設定することを特徴とするボンディングデータ設定装置。
【請求項４】
ボンディングパッドにワイヤをボンディングするために、前記ワイヤの実ボンディング点を設定するボンディングデータ設定方法であって、
前記ボンディングパッドの中心点の位置を検出し、前記ボンディングパッドに付けられたプローブ等の圧痕の基準点の位置を検出し、前記ボンディングパッドの中心点の位置と前記圧痕の基準点の位置とに基づき、前記ボンディングパッドの中心点を実ボンディング点とした場合に比して、前記圧痕と、前記ワイヤとボンディングパッドとの接合面との重畳面積が減少し、かつ前記接合面のうち前記圧痕と重畳する部分を除いた面積が増大するように、前記ボンディングパッドの中心点からのオフセット量とオフセット方向とを取得し、前記中心点の位置、前記オフセット量および前記オフセット方向に基づき、前記中心点に対して前記オフセット方向に前記オフセット量だけシフトした位置に実ボンディング点を設定することを特徴とするボンディングデータ設定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はボンディングデータ設定装置に係り、特にボンディングパッドにワイヤをボンディングするために当該ワイヤの実ボンディング点を設定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤボンディング装置では、半導体デバイス上のアルミニウムなどからなるボンディングパッドに、金線などからなるワイヤをボンディングするが、このボンディング動作に先立ち、供給された半導体デバイスを撮像し、得られた画像データにパターンマッチングなどの画像処理を施してボンディングパッドの形状を認識して、ボンディングパッドの中心点を求め、求めた中心点を、実ボンディング点として設定する。そして、設定した実ボンディング点にワイヤをボンディングする。
【０００３】
このボンディング動作は、先端に電気トーチなどによりボールを形成したワイヤをキャピラリによって保持し、キャピラリにボンディングパッドに対向する方向の加重を与えつつ、超音波振動を印加して、Ａｌ−Ａｕ境界部のＡｌ酸化膜を破壊し共晶層を形成させて接合することにより行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の方法によってボンディングされたワイヤとボンディングパッドとの引き剥がし強度には、一定の限界があり、これは特にファインピッチ化を図るにあたって大きな問題となっている。そこで出願人は、ワイヤとボンディングパッドとの境界面について詳細に検査した結果、ワイヤボンディング前の半導体チップの検査工程におけるボンディングパッドへの探触子（プローブ）の接触が、引き剥がし強度に悪影響を与えていることを知見した。すなわち、ボンディングパッドには検査工程で探触子が接触するが、その際にボンディングパッドの表面に微細な探触子痕（プローブマーク）が凹部として残る。このため、ボンディングパッドの中心点を実ボンディング点として設定するのでは、ワイヤとボンディングパッドとの接合面の一部が探触子痕と重なるため、この探触子痕において十分な共晶層が形成されず、その結果、両者の引き剥がし強度が弱くなるのである。
【０００５】
そこで本発明の目的は、ワイヤとボンディングパッドとの間の安定した引き剥がし強度を得て、製品の信頼性を向上できる手段を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のボンディングデータ設定装置は、ボンディングパッドにワイヤをボンディングするために、前記ワイヤの実ボンディング点を設定するボンディングデータ設定装置であって、前記ボンディングパッドの中心点の位置を検出するパッド検出手段と、前記ボンディングパッドに付けられたプローブ等の圧痕の基準点の位置を検出する圧痕検出手段と、前記ボンディングパッドの中心点の位置と前記圧痕の基準点の位置とに基づき、前記ボンディングパッドの中心点を実ボンディング点とした場合に比して、前記圧痕と、前記ワイヤとボンディングパッドとの接合面との重畳面積が減少し、かつ前記接合面のうち前記圧痕と重畳する部分を除いた面積が増大するように、前記ボンディングパッドの中心点からのオフセット量とオフセット方向とを設定するオフセット設定手段と、前記中心点の位置、前記オフセット量および前記オフセット方向に基づき、前記中心点に対して前記オフセット方向に前記オフセット量だけシフトした位置に実ボンディング点を設定する演算処理手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明では、適当なオフセット量とオフセット方向とを与えることにより、ボンディングパッドの中心点を実ボンディング点とした場合に比して、ボンディングパッドに付けられたプローブ等の圧痕と、ワイヤとボンディングパッドとの接合面との重畳面積が減少し、かつ接合面のうち圧痕と重畳する部分を除いた面積が増大するように実ボンディング点を設定することができ、これにより、プローブ等の圧痕に起因した引き剥がし強度の低下を防止でき、製品の信頼性を向上できる。
【０００８】
本発明において、前記演算処理手段は、単一の前記オフセット量を用いて、複数のボンディングパッドについての実ボンディング点を設定することとしても好適である。
【０００９】
本発明では、単一のオフセット量を、複数のボンディングパッドについての実ボンディング点の設定に利用できるので、複数のボンディングパッドについてのオフセット量の重複した入力操作をなくし、操作を簡略化できる。
【００１０】
本発明において、前記演算処理手段は、単一の前記オフセット方向を用いて、複数のボンディングパッドについての実ボンディング点を設定することとしても好適である。
【００１１】
本発明では、単一のオフセット方向を、複数のボンディングパッドについての実ボンディング点の設定に利用できるので、複数のボンディングパッドについてのオフセット方向の重複した入力操作をなくし、操作を簡略化できる。
【００１２】
本発明のボンディングデータ設定方法は、ボンディングパッドにワイヤをボンディングするために、前記ワイヤの実ボンディング点を設定するボンディングデータ設定方法であって、前記ボンディングパッドの中心点の位置を検出し、前記ボンディングパッドに付けられたプローブ等の圧痕の基準点の位置を検出し、前記ボンディングパッドの中心点の位置と前記圧痕の基準点の位置とに基づき、前記ボンディングパッドの中心点を実ボンディング点とした場合に比して、前記圧痕と、前記ワイヤとボンディングパッドとの接合面との重畳面積が減少し、かつ前記接合面のうち前記圧痕と重畳する部分を除いた面積が増大するように、前記ボンディングパッドの中心点からのオフセット量とオフセット方向とを取得し、前記中心点の位置、前記オフセット量および前記オフセット方向に基づき、前記中心点に対して前記オフセット方向に前記オフセット量だけシフトした位置に実ボンディング点を設定することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を以下に図面に従って説明する。図１は本発明の実施形態に係るワイヤボンダの概略構成を示す。図１において、ＸＹテーブル１に搭載されたボンディングヘッド２には、ボンディングアーム３が設けられ、ボンディングアーム３はＺ軸モータ１６により上下方向に駆動される。ボンディングアーム３の先端部にはツール４が取り付けられ、ツール４にはワイヤが挿通されている。本実施形態におけるツール４はキャピラリである。
【００１４】
ボンディングヘッド２にはまたカメラアーム６が固定されており、カメラアーム６にはテレビカメラ７が固定されている。テレビカメラ７は半導体デバイス１４を撮像するものである。ＸＹテーブル１は、その近傍に設置され２個のパルスモータ等からなるＸＹテーブル用モータ１２により、水平方向の互いに直交する座標軸方向であるＸ方向およびＹ方向に、正確に移動できるように構成されている。以上は周知の構造である。
【００１５】
ＸＹテーブル１は、マイクロプロセッサなどからなる制御部３４の指令により、モータ駆動部３０およびＸＹテーブル用モータ１２を介して駆動される。テレビカメラ７の撮像により取得された画像データは、電気信号に変換されて画像処理部３８により処理され、制御部３４を経由して演算処理部３７に入力される。演算処理部３７では、後述する各種の演算が実行され、制御メモリ３５では、そのような演算のためのプログラムその他のシステムの動作プログラム類が一時的に保持される。制御部３４には、手動入力手段３３およびテレビモニタ３９が接続されている。
【００１６】
手動入力手段３３は、少なくともＸＹ方向の方向指示機能とセット信号入力機能を備えたマウス入力装置などのポインティングデバイス、および文字入力機能を備えたキーボード等が好適である。テレビモニタ３９は、ＣＲＴもしくは液晶表示装置などからなり、その表示画面２０には、テレビカメラ７により撮像された半導体デバイス１４の画像（図３参照）や数値設定画像（図４参照）などが、オペレータによる操作入力や制御部３４の出力に基づいて表示される。表示画面２０に表示される矢印形のポインタ４０は、手動入力手段３３の操作に連動して移動するように構成されている。
【００１７】
データメモリ３６には、オフセット量・ボールの接合面形状・圧痕の形状等の過去の設定データや、ワイヤボンディング装置の初期状態であるデフォルト値が記憶されたデータライブラリが格納されている。
【００１８】
次に、本実施形態の設定モードにおける動作を、図２ないし図４に従って説明する。まず、表示画面２０に、テレビカメラ７により撮像された半導体デバイス１４の画像が表示される（Ｓ１０２）。
【００１９】
次に、表示画面２０上におけるパッド指示入力がオペレータによりなされたかが判断される（Ｓ１０４）。このパッド指示入力は、オペレータが表示画面２０における半導体デバイス１４の画像のうち、いずれかのボンディングパッド（以下「パッドＰ」という。図中、パッドＰは符号Ｐ０１ないしＰ０７で示されている）を、手動入力手段３３により指定する。例えば、パッドＰに相当する領域の任意の部分に、手動入力手段３３であるマウス入力装置などのポインティングデバイスによりポインタ４０を重ね合わせ、セットボタンを押す（以下この様に表示画面２０上のポインタ４０を動かして、アクションを発生させることを「クリックする」と表現する）。
【００２０】
例えばパッドＰ０１についてのパッド指示入力が行われた場合には、次のステップとして、指示されたパッドＰ０１についてのオフセット方向設定入力が行われたかが判断される（Ｓ１０６）。このオフセット方向設定入力は、適宜の表示切換入力により表示画面２０に表示される数値設定画像（図４参照）において、パッドＰ０１の場合にはオペレータが図中、縦方向の数字「０００」で示す列と、左端列の数字「１」（パッドＰ０１を示す）で示す行の交差する箇所において、「＋Ｘ」「＋Ｙ」「−Ｘ」「−Ｙ」のいずれかの文字をクリックないしカーソル指定入力することにより行われる。この表示画面２０のレイアウトは一例であり、これに限定されるものではない。
【００２１】
オフセット方向は、オペレータが表示画面２０の半導体デバイス１４の画像において、検査工程における探触子の当接によって生じた凹部であるプローブマーク５０の位置を見ながら、パッドＰの中心点を実ボンディング点とした場合に比して、プローブマーク５０と、ワイヤのボールとパッドＰとの接合面（接合面マーク６０で示される）との重畳面積が減少し、かつ接合面のうちプローブマーク５０と重畳する部分を除いた面積が増大するように設定する。すなわち、オフセット方向は、接合面がプローブマーク５０を避けて形成されるように選択して設定する。
【００２２】
この「＋Ｘ」「＋Ｙ」「−Ｘ」「−Ｙ」は、オフセット量を示す。本実施例におけるオフセット量は、図３中の中心線Ａ，Ｂ上にある各パッドＰの中心点からのＸ方向またはＹ方向の距離であり、デフォルト値として例えば４マイクロメートルが設定されているが、オペレータの手動入力により任意の値を設定することもできる。
【００２３】
オフセット方向設定入力があった場合には、これに応じて、次に、各パッドＰの中心点から、設定されているオフセット量だけオフセットされた位置に、接合面マーク６０が表示される（図３の状態）。
【００２４】
ステップＳ１０６で否定の場合、すなわち指示されたパッドＰについてオフセット方向設定入力がない場合には、次に、例えば「オフセット量を０にしますか？」などの適宜の入力要求メッセージが表示され（Ｓ１１６）、オペレータがオフセット量を０とする、つまり当該パッドＰについてはその中心点にボンディングする旨を入力した場合には、ステップＳ１０８に移行して、当該パッドＰについてはその中心点に接合面マーク６０が表示される。
【００２５】
このオフセット方向設定入力は、全てのパッドＰについての設定入力が終了するまで繰り返され（Ｓ１１０）、オペレータによる終了の旨の入力（例えば、「終了しますか？」との入力要求に対する「はい」の入力）が行われると、未設定のパッドＰにつきオフセット量「０」を設定し（Ｓ１１２）、設定をデータメモリ３６に保存して（Ｓ１１４）、本ルーチンを終了する。なお、本実施形態のようにステップＳ１１２において未設定のパッドＰの全てにつきオフセット量「０」を設定する構成に代えて、最初に全てのパッドＰについてデフォルト値としてのオフセット量「０」を与えておき、オフセット方向設定入力があったパッドＰについてのみ設定入力どおりのオフセット量を設定する構成としてもよい。
【００２６】
その後、本装置では同種の半導体デバイス１４についての実際のボンディング作業がツール４によって行われ、上記設定に係るルーチンで設定された各パッドＰについてのオフセット量およびオフセット方向に基づいて、パッドＰの中心点からオフセットされた位置にボンディングが行われる。これにより、接合面がプローブマーク５０を避けて形成されるように、ボンディングが行われる。
【００２７】
以上のとおり、本実施形態では、オフセット方向を、パッドＰの中心点を実ボンディング点とした場合に比して、プローブマーク５０と、ワイヤのボールとパッドＰとの接合面との重畳面積が減少し、かつ接合面のうちプローブマーク５０と重畳する部分を除いた面積が増大するように設定する。そして、入力されたオフセット方向と、オフセット量とに基づいて、実ボンディング点が設定される。したがって本実施形態では、プローブマーク５０を避けるようにボンディングを行うことができ、これによりプローブマーク５０に起因した引き剥がし強度の低下を防止でき、製品の信頼性を向上できる。
【００２８】
また本実施形態では、オフセット量を単一（一律）の値とし、各パッドＰについてのオフセット方向を設定入力することで、複数のパッドＰについての実ボンディング点が設定される構成としたので、各パッドＰについてオフセット量を個別に入力する必要がなく、実ボンディング点の設定作業を著しく能率化できる。しかし、オフセット量を一律とする構成に代えて、オフセット量をＸ方向およびＹ方向の正負それぞれについて異なる値に個別に設定できる構成としてもよく、また、オフセット量の複数の候補値を表示してオペレータがこれらのうち１つを選択入力する構成としてもよい。
【００２９】
なお、本実施形態では、オフセット量をパッドＰの中心点を基準として設定することとしたので、パッドＰの中心点を、パッドＰの位置の特定のための基準と、オフセット量・オフセット方向の設定のための基準との両方の目的に利用できる利点があるが、かかる構成に代えて、パッドＰにおける任意の点、例えば外縁の辺や頂点を基準点として、オフセット量の設定とオフセットされたボンディング作業とを行うこととしてもよい。
【００３０】
また、本実施形態では、オフセット方向を各パッドＰについて個別に入力する構成としたが、かかる構成に代えて、複数のパッドＰについてのオフセット方向の取得をオフセット方向の単一の入力操作によって実現する構成、例えば、半導体チップ１４における一辺に並ぶ複数のパッドＰを画像処理により抽出し、そのうちの一つのパッドＰについてオフセット方向が入力されたことを条件に、抽出された同じ辺における他の全てのパッドＰについて同じオフセット方向が設定される構成としてもよい。
【００３１】
また、本実施形態では、プローブマーク５０の位置をオペレータが目視により確認し、これに応じてオフセット方向を選択して入力する構成としたが、かかる構成に代えて、各パッドＰにおけるプローブマーク５０の位置を画像処理により検出し、検出されたプローブマーク５０の位置に応じて、パッドＰの中心点を実ボンディング点とした場合に比して、プローブマーク５０と、ワイヤのボールとパッドＰとの接合面との重畳面積が減少し、かつ接合面のうちプローブマーク５０と重畳する部分を除いた面積が増大するように、即ちプローブマーク５０を避ける方向にシフトして、実ボンディング点を自動的に設定する構成としてもよい。かかる構成によれば、実ボンディング点の設定操作を著しく簡略化できる。
【００３２】
また、本実施形態では、あらかじめ設定されているオフセット量だけ実ボンディング点がオフセットされる構成としたが、かかる構成に代えて、画像処理により検出した各パッドＰにおけるプローブマーク５０の位置に応じて、プローブマーク５０と、ワイヤとパッドＰとの接合面とが重畳しないように、実ボンディング点を各パッドＰごとに個別に算出して設定する構成としてもよい。また、この場合には、ワイヤとパッドＰとの接合面がパッドＰの外縁からはみ出さないように、設定される実ボンディング点の位置の範囲を制約するのが好適である。また、図３は、プローブマーク５０と、ワイヤのボールとパッドＰとの接合面との重畳面積がなくなるように実ボンディング点を設定できた例であるといえるが、本発明では当該重複面積がなくなることは必須でなく、プローブマーク５０と、ワイヤのボールとパッドＰとの接合面との重畳面積が減少し、かつ接合面のうちプローブマーク５０と重畳する部分を除いた面積が増大すれば足り、これにより所期の目的を達成できる。
【００３３】
さらに、ワイヤとパッドＰとの接合面がパッドＰの外縁からはみ出す面積およびパッドＰの外側の半導体デバイス１４とワイヤボールとの既知の単位面積当たり引き剥がし強度、並びにプローブマーク５０の面積およびプローブマーク５０とワイヤボールとの既知の単位面積当たり引き剥がし強度に基づいて、ワイヤの引き剥がし強度が最大となるように実ボンディング点を算出して設定する構成としてもよい。
【００３４】
また、本実施形態ではワイヤボールとパッドＰとの実ボンディング点の設定について本発明を適用した例について説明したが、ワイヤボールを用いずにワイヤとパッドＰとの接合を行う場合の実ボンディング点の設定について本発明を適用することも可能であり、かかる構成も本発明の範疇に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係るボンディング装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】  実施形態における実ボンディング点設定処理の一例を示すフロー図である。
【図３】  テレビモニタの表示画面の表示例であり、半導体デバイスの画像を示す説明図である。
【図４】  テレビモニタの表示画面の表示例であり、数値設定画像を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ＸＹテーブル、２  ボンディングヘッド、４  ツール、７  テレビカメラ、１４  半導体チップ、２０  表示画面、３３  手動入力手段、３４  制御部、３６  データメモリ、３７  演算処理部、３８  画像処理部、３９  テレビモニタ、４０  ポインタ、５０  プローブマーク、６０  接合面マーク、Ｐ０１，Ｐ０２，Ｐ０３，Ｐ０４，Ｐ０５，Ｐ０６，Ｐ０７  ボンディングパッド（パッド）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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