(57)【要約】ワイヤを基板に接着させるためのボンディングツール（３００）。ボンディングツール（３００）は、ボディー部分（３０２）、ボディー部分の一方の末端に結合したワーキングチップ、ボディー（３０２）の縦軸およびワーキングチップに沿って延びるオリフィス、そして、少なくともオリフィス表面の一部分上に配置されたポリマーコーティング（３２０）を有している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボディー、およびボディーの一方の末端に結合したワーキングチップを有し、ワイヤーを基板にボンディングするためのボンディングツールは、以下を含む：
ボディーおよびワーキングチップの縦軸に沿って延びるオリフィス；および、
オリフィスの表面の少なくとも一部分上に配置されたコーティング。
【請求項２】
コーティングがオリフィスの全長に沿って延びる、請求項１に記載のキャピラリーボンディングツール
【請求項３】
コーティングが、ワーキングチップの外部表面の少なくとも一部分に適用される、請求項２に記載のキャピラリーボンディングツール。
【請求項４】
コーティングが、ワーキングチップの外部表面の少なくとも一部分上に配置される、請求項１に記載のキャピラリーボンディングツール。
【請求項５】
コーティングが、ワーキングチップおよびボディーの外部表面上に配置される、請求項１に記載のキャピラリーボンディングツール。
【請求項６】
コーティングが重合体である、請求項１に記載のキャピラリーボンディングツール。
【請求項７】
コーティングが、少なくともｉ）重合体、ii）アルミナ、iii）Ｓｉ３Ｎ４、iv）シリカ、ｖ）シリカ１２％およびアルミナ８８％の組み合わせ、およびvi）ダイヤモンド状シリカ（ＤＬＣ）のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載のキャピラリーボンディングツール。
【請求項８】
コーティングが、オリフィスの内部表面に沿って配置された重合体、および、オリフィスの外部表面に沿って配置されたｉ）アルミナ、ii）Ｓｉ３Ｎ４、iii）シリカ、iv）シリカ１２％およびアルミナ８８％の組み合わせ、ｖ）ダイヤモンド状シリカ（ＤＬＣ）のうちの１つである、請求項１に記載のキャピラリーボンディングツール。
【請求項９】
コーティングが、実質的に均一な厚みを有する、請求項１に記載のキャピラリーボンディングツール。
【請求項１０】
コーティングが、最大およそ２．０ミクロンの、実質的に均一な厚みを有する、請求項１に記載のキャピラリーボンディングツール。
【請求項１１】
コーティングが、およそ０．１ミクロンの、実質的に均一な厚みを有する、請求項１に記載のキャピラリーボンディングツール。
【請求項１２】
ボンディングツールのボディーが、実質的に筒形状を有している、請求項１に記載のキャピラリーボンディングツール。
【請求項１３】
コーティングが、ポリオレフィンおよびパリレンのうちの１つである、請求項１に記載のキャピラリーボンディングツール。
【請求項１４】
コーティングが、気相堆積で形成される、請求項１に記載のキャピラリーボンディングツール。
【請求項１５】
コーティングが、化学蒸着および物理蒸着のうちの１つによって形成される、請求項１に記載のキャピラリーボンディングツール。
【請求項１６】
コーティングが、ボンディングツールを、コーティング物質に浸すことによって形成される、請求項１に記載のキャピラリーボンディングツール。
【請求項１７】
細いワイヤーを基板にボンディングするためのキャピラリーボンディングツールの製造方法は、以下のステップを含む：
筒状ボディーを形成するステップ；
ボディーの第１の末端にテーパを形成するステップ；
ボディーの縦軸に沿って延びるオリフィスを形成するステップ；および、
オリフィスの少なくとも一部分をポリマーでコーティングするステップ。
【請求項１８】
コーティングステップが、最大およそ２．０ミクロンの厚みを有する、実質的に均一な連続コーティングを形成する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
コーティングステップが、少なくともおよそ０．１ミクロンの厚みを有する、実質的に均一な連続コーティングを形成する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
コーティングステップが以下のステップを含む、請求項１７に記載の方法：
第１の温度および第１の圧力で、先駆モノマーを形成するステップ；および、
第２の温度および圧力で、先駆モノマーからコーティングを形成するステップ。
【請求項２１】
第１の温度がおよそ６９０℃、第１の圧力がおよそ０．５トル、第２の温度がおよそ２５℃、第２の圧力がおよそ０．１トルである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
先駆モノマーが、およそ１５０℃および１．０トルで蒸発させられ、続いて、およそ６９０℃および０．５トルで熱分解された、ジパラキシリレンダイマーから形成される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
キャピラリーが、ｉ）ダイレクト・セラミック・ダイ成形のうちの１つ、およびii）射出成形により形成され、ｉ）研摩、およびii）放電加工機のうちの１つにより、最終的な形に機械加工される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
ワイヤーを基板にボンディングするためのボンディングツールは、以下を含む：
ボディー部分；
ボディーの一方の末端と結合したワーキングチップ；
ボディーおよびワーキングチップの縦軸に沿って延びるオリフィス；
オリフィスの表面の少なくとも一部分の上に配置された第１のコーティング；および、
ボディーの外部表面の少なくとも一部分の上に配置された第２のコーティング。
【請求項２５】
第１のコーティングが重合体であり、第２のコーティングが重合体以外のものである、請求項２４に記載のキャピラリーボンディングツール。
【請求項２６】
第２のコーティングがアルミナおよびＳｉ３Ｎ４のうちの１つである、請求項２５に記載のキャピラリーボンディングツール。
【請求項２７】
細いワイヤーを基板にボンディングするボンディングツールの製造方法は、以下のステップを含む：
ボンディングツールの縦軸に沿って延びるオリフィスを形成するステップ；
オリフィスの少なくとも一部分を重合体でコーティングするステップ；および、
ボンディングツールの外部表面の少なくとも一部分を、非ポリマーコーティングでコーティングするステップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、細いワイヤーをボンディングするために使用されるボンディングツール、特に、キャピラリーの表面に配置されたポリマーコーティングを有する、キャピラリーボンディングツールに関連している。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤーボンディングは、今日では、半導体ベースの装置の配線に用いられる、優位な方法である。ワイヤーボンディング産業においては、ツールの故障は、配線される半導体装置の破損に通じ、歩留りをかなり下げることになる。ツールの故障を予防するために、ツールは故障の予測時期以前に定期的に交換される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ワイヤーボンディングプロセスは、ボンディング装置が作動するのに適したパラメータ範囲である、「プロセスウィンドウ」により決定される。ボンディングパラメータは、ボンド品質維持のため調整される必要がある。しかし、ボンディングパラメータは、承認されたプロセスウィンドウ外では用いることが出来ない。このため、ボンディングプロセスを中断してツールを交換しなければならないことになり、生産性が損なわれることになる。さらに、必要とするより多くのツールを用いると、追加的コストを招くことになる。
【０００４】
異物付着および加速摩耗は、ワイヤーボンディングアプリケーションでの従来のセラミックベースのツール（例えば、アルミナ、ジルコニア強化アルミナ、ジルコニア、接合タングステン・カーバイドなど）の使用可能時間を制限する。有機誘導炭質材料の付着、およびそれに続く、ボンディングワイヤーからの金属粒子の炭質材料への埋め込みは、ツールの非対称ローディングを引き起こし、結果的に、曲げたわみにより、ボンディングツールの機械的故障を導く。炭質材料は、通常ワイヤの反スプールを改善するためにワイヤ表面に置かれた、石油およびステアラートベース材料へのエレクトリックフレームオフ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｆｌａｍｅ  Ｏｆｆ）（ボール形成のためのＥＦＯ）の作用により生成される。また、強化表面摩耗は、ツール表面上のポイントロードへのボンディング力の局在が原因で引き起こされる。
【０００５】
本発明と同じ譲受人に譲渡されている米国特許第５，８７１，１４１号明細書、第５，５５８，２７０号明細書、および第５，４２１，５０３号明細書は、半導体装置上にワイヤーボンドを成すための、従来の様々なボンディングツールについて説明しており、引用により本願明細書に組み込まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従来技術の短所に鑑みて、本発明は、ツールボディーの縦軸に沿って延びるオリフィス、ツールボディーの一方の末端と結合したワーキングチップ（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｔｉｐ）、およびオリフィスの表面の少なくとも一部分上に配置されたポリマーコーティングを有するボンディングツールに関連する。
【０００７】
また、本発明は、筒状ボディーを形成するステップ、ボディーの第１の末端にテーパを形成するステップ、ボディーの縦軸に沿って延びるオリフィスを形成するステップ、および、ポリマーでボディーをコーティングするステップを含む、細いワイヤーを基板にボンディングするボンディングツールの製造方法に関する。
【０００８】
本発明の他の態様によると、第１のコーティングはオリフィスの表面に沿って配置され、第２のコーティングはボンディングツールの外部表面に沿って配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
前述の欠点を克服するため、パリレンなどのポリマーコーティングがボンディングツールの表面に堆積される。この表面コーティングにより、炭素、金、銅、塩素、カルシウム、鉄、硫黄、ベリリウム、酸化物、窒化物などの汚染物質の、ボンディングツールの表面への付着が減少され、結果的に故障する時間を長引かせ、ワイヤーボンディングプロセスウィンドウを安定させることになる。コーティングは、所望される場合は、以前に生産されたボンディングツール上にも適用可能であろうが、コーティングは、ほとんど、新たに生産されるボンディングツール上に用いられると考慮される。
【００１０】
図１Ａは従来のボンディングツール１００の断面図であり、図１Ｂはワーキングチップ１０２の拡大断面図である。図１Ａでは、ツール１００は、ツール１００の末端１０６からワーキングチップ１０２に延びるオリフィス１０４を有している。ボンディングワイヤー（図示せず）は、オリフィス１０４に挿入され、ワーキングチップ１０２を通って出てくる。ボンディングワイヤーは、オリフィス１０４から引き出されるに従い、その上に汚染物質を堆積させながら、表面１０８、１１０（図１Ｂ参照）に接触し、ツール１００の非保護表面を摩滅させる。
【００１１】
図２Ａは、本発明の第１の代表的な実施例に従う、ボンディングツールの断面図である。図２Ａでは、ボンディングツール２００は、ボンディングツール２００の内外表面にそれぞれ堆積したコーティング２２０、２２２を有している。コーティング２２０、２２２は、以下に詳細に議論するように、同一のもの、もしくは異なるものでもよい。代表的な実施例では、コーティング２２０、２２２は、例えば、パリレン、あるいはポリカーボフルオロ（ｐｏｌｙｃｏｒｂｏｆｌｕｏｒｏ）などのポリマーであってもよい。代表的な実施例では、コーティングは、最大約２．０ミクロンの平均肉厚を有していてもよい。好ましい実施例では、コーティング２２０、２２２の厚みは、およそ０．１ミクロンである。しかし、本発明は、特定アプリケーションに基づいた、他の厚みを有するコーティング２２０、２２２の使用に制限されるものではない。図２Ｂにおいてより詳細に示されるように、コーティング２２０、２２２はまた、ボンディングワイヤー（図示せず）が最もよく接触する表面２２６、２２４をそれぞれ保護している。さらに、ポリマーコーティング２２０、２２２には電気絶縁特性があるので、伝導キャピラリーの絶縁体として使用可能である。加えて、ボンディングツール２００の内部表面上でのポリマーコーティング２２２の包接は、ボンディングツール２００を通り抜けるのに従い、ボンディングワイヤーの抵抗力を減少させる。
【００１２】
概して、キャピラリーおよびボンディングツールは筒形状をしており、後に焼結を伴うダイレクト  セラミックダイプレス成形、もしくは、後に焼結を伴う射出成形かのいずれかによって生産され、研摩もしくは放電加工操作（ＥＤＭ）により、最終的な形状に機械加工される。
【００１３】
図９は、本発明の代表的な実施例に従う、コーティングプロセスを示すフローチャートである。ステップ９００で、ボンディングツールの表面が処理される。代表的なプロセスは、プラズマ、熱、および化学処理を含む。ステップ９０２で、処理されたボンディングツールが真空チャンバーに配置される。ステップ９０４で、ツールは、例えば、ジパラキシリレンダイマー（［２、２］パラシクロファン（ｐａｒａｃｙｃｌｏｐｈａｎｅ））を伴って、およそ１５０℃および１．０トルで蒸発させられる。続いてステップ９０６で、ツールは、例えば、パラキシリレンの先駆モノマーを作り出すために、およそ６９０℃および０．５トルで熱分解される。ステップ９０８で、例えば、ポリパラキシリレンなどのコーティング２２０、２２２の堆積は、およそ周囲温度（例えば、２５℃）およびおよそ０．１トルのチャンバー圧力で実行される。この代表的なプロセスにより、およそ０．１ミクロンの厚みを有する、実質的に均一かつ連続したコーティング２２０、２２２が、ツール２００上に堆積される。コーティングの堆積が、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、およびそれらの変形を含む、様々な蒸着方法により実行可能であることは、当業者により理解されるものである。さらに、ボンディングツールは、ボンディングツールをコーティング物質に浸すことにより、コーティングを施されてもよい。
【００１４】
図３Ａは、本発明の第２の代表的な実施例に従う、ボンディングツールの断面図である。図３Ａでは、ボンディングツール３００は、ボンディングツール３００の内部表面の一部分上に堆積したコーティング３２０を有している。図３Ｂにおいてより詳細に示されるように、コーティング３２０は、ボンディングワイヤー（図示せず）が最もよく接触する表面上に配置される。コーティングは、所望されるように、ボンディングツールの内部および／または外部の表面の、いかなる組み合わせにも配置可能であることが考慮されている。
【００１５】
さらにまた、コーティングは、ボンディングツールの外部へのハードコーティング２２０、および、ボンディングツールの内部へのソフトコーティング２２２、またはその逆など、ソフトコーティングもしくはハードコーティングのいずれもが、いかなる組み合わせであっても可能であることが考慮されている。ボンディングツール２００の外部でのハードコーティング２２０の使用は、特にボンディングプロセスの間、ボンディングパッド（図示せず）の表面に接触する部分２２６に沿い、ボンディングツールの磨耗抵抗を増加させることが出来る。それに対して、ボンディングツール２００の内部表面でのソフトコーティング２２２の使用は、ボンディングツールを通り抜ける場合の、ワイヤーの抵抗力を減少させる傾向がある。こうしたハードコーティングの例は、アモルファスアルミナおよびＳｉ３Ｎ４である。こうしたソフトコーティングの例は、ポリマー（すなわち、ポリオレフィン、ポリパラキシリレン、フロロポリマーなど）が可能であってもよい。
【００１６】
ワイヤーボンディングプロセスの信頼性および安定性の改善における、代表的なポリマーコーティングの効率を図４から図８に示す。図４を参照すると、グラフ４００が示されている。図４で、グラフ４００は、ポリマーコーティングのボンディング力への効果をプロットしている。図４で、縦座標はボンドされたワイヤーの数に対するボンディングツールの寿命であり、横座標はボンド（ｂｏｎｄ）を形成するのに必要なボンディング力である。プロット４０２は、従来のボンディングツールについてプロットされた点４０３の直線表現である。図示されるように、ボンド数が増加するにつれ、プロット４０２は有意に増加している。プロット４０２はまた、およそ８０万個ボンドした後、ボンディングツールが故障する（すなわち、上で議論したプロセスウィンドウの外になり、交換を必要とする）ことを示している。対照的に、プロット４０４は、本発明に従うボンディングツールについてプロットされた点４０５の直線表現である。図示されるように、ボンド数が増加しても、プロット４０４でのボンディング力の増加は、無視し得る程度であることが示されている。また、プロット４０４は、代表的なボンディングツールの寿命が従来のボンディングツールのほぼ２倍であることを示している。
【００１７】
図５で、グラフ５００は、ポリマーコーティングのボンディング力への効果をプロットしている。図５で、縦座標はボンドしたワイヤーの数に対するボンディングツールの寿命であり、横座標はボンドを形成するのに必要なボンディング力である。プロット５０２は、従来のボンディングツールについてプロットされた点５０３の直線表現である。図示されるように、ボンドの数が増加するにつれ、プロット５０２は有意に増加した。対照的に、プロット５０４は、本発明に従うボンディングツールについてプロットされた点５０５の直線表現である。図示されるように、ボンドの数が増加しても、プロット５０４でのボンディング力の増加は、無視し得る程度であることが示されている。
【００１８】
図６では、グラフ６００は、ボンディングボールサイズへのポリマーコーティングの効果をプロットしている。図６で、縦座標はボンドされたワイヤーの数に対するボンディングツールの寿命であり、横座標は平均ボンディングボール直径である。プロット６０２は、従来のボンディングツールについてプロットされた点６０３の直線表現であり、プロット６０４は、本発明に従うボンディングツールについてプロットされた点６０５の直線表現である。図示されるように、従来のボンディングツールに対する平均ボール直径は、代表的なボンディングツールに対するそれよりも、初期に大きいだけでなく、平均直径の増加率も代表的なツールよりも大きくなっている。この増加した直径は、産業界の密度要求が増えるに従い、ボンディングプロセスに影響するかもしれない。
【００１９】
図７では、グラフ７００はボンディングボールサイズ比へのポリマーコーティングの効果をプロットしている。図７で、縦座標はボンドしたワイヤーの数に対するボンディングツールの寿命であり、横座標はボンディングボールサイズ比である。プロット７０２は、従来のボンディングツールについてプロットされた点７０３の直線表現である。図示されるように、ボンドの数が増加するにつれ、プロット７０２は有意に減少している。対照的に、プロット７０４は、本発明に従うボンディングツールについてプロットされた点７０５の直線表現である。図示されるように、ボンドの数が増加しても、プロット７０４でのボールサイズ比の変化は無視し得る程度であることを示している。従って、代表的なボンディングツールを用いることにより、ボンディングボールの均一性を、遥かに向上させることが可能となる。
【００２０】
図８では、グラフ８００は、ボンドを切断するのに要する、単位面積当りの剪断力へのポリマーコーティングの効果をプロットしている。図８で、縦座標はボンドしたワイヤーの数に対するボンディングツールの寿命であり、横座標は剪断力である。プロット８０２は、従来のボンディングツールについてプロットされた点８０３の直線表現である。図示されるように、ボンドの数が増加するにつれ、プロット８０２は減少し、その結果、ボンディングツールが使われるにつれ、ボンドがより弱くなっているのが分かる。対照的に、プロット８０４は、本発明に従うボンディングツールについてプロットされた点８０５の直線表現である。図示されるように、ボンドの数が増加するにつれ、プロット８０４は、ボンド切断に要する剪断力が僅かに増加する様子を示している。
【００２１】
本発明は、代表的な実施例を参照して説明されて来たが、それに限定されるものではない。むしろ、添付の請求項は、本発明の本来の精神と範囲から逸脱することなく、当業者によってなされ得る、本発明の他の変形および実施例を含むものとして解釈されるべきである。
【００２２】
本発明は、添付図面と共に以下の詳細な説明を読むことにより、最も理解される。一般的な習慣に従い、図面の様々な特徴は、同一尺度でないことを明記しておく。逆に、様々な特徴の大きさは、明瞭さのために任意に拡大されたり、縮小されたりしている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】従来のボンディングツールの断面図である。
【図１Ｂ】従来のボンディングツールの断面図である。
【図２Ａ】本発明の第１の代表的な実施例に従う、ボンディングツールの横断面図である。
【図２Ｂ】本発明の第１の代表的な実施例に従う、ボンディングツールの横断面図である。
【図３Ａ】本発明の第２の代表的な実施例に従う、ボンディングツールの断面図である。
【図３Ｂ】本発明の第２の代表的な実施例に従う、ボンディングツールの断面図である。
【図４】本発明の代表的な実施例が、ボンディング力に有する効果をプロットするグラフである。
【図５】本発明の代表的な実施例が、ボンディングパワーに有する効果をプロットするグラフである。
【図６】本発明の代表的な実施例が、ボンディングボールサイズに有する効果をプロットするグラフである。
【図７】本発明の代表的な実施例が、ボンディングボールサイズ比に有する効果をプロットするグラフである。
【図８】本発明の代表的な実施例が、ボンド能力（すなわち、剪断力／単位面積）に有する効果をプロットするグラフである。
【図９】本発明の代表的な実施例に従う、コーティングプロセスを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２４】
１００  ボンディングツール、  １０２  ワーキングチップ、  １０４  オリフィス、  １０６  末端、  １０８  表面、  １１０  表面。
【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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【国際公開パンフレット】
2004523899.tif 000009
2004523899.tif 000010
2004523899.tif 000011
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2004523899.tif 000026
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004523899.tif 000027
2004523899.tif 000028
【国際調査報告】
2004523899.tif 000029
2004523899.tif 000030
2004523899.tif 000031