(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハプロセスにて複数の半導体装置が一括して形成された半導体ウェハを個々の前記半導体装置毎に分断して得られたチップを準備する工程と、ステージとボンディング工具との間で前記チップと封止構造物とを重ね合わせて挟圧することで前記チップと前記封止構造物とをボンディングする組立工程とを含む半導体装置の製造方法であって、
前記組立工程では、
前記ボンディングに先立って、前記ステージ上における複数の位置での高さの測定結果から前記ステージの傾きを検出して記憶する工程と、
前記ボンディング工具のボンディング位置における前記ステージ面の高さを、前記ステージの前記傾きに基づいて算出し、算出された前記ステージ面の高さに基づいて前記ステージに対する前記ボンディング工具の降下高さを制御して前記ボンディングを実行する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記封止構造物はリードフレームであり、前記組立工程では、前記リードフレーム上の個々のタブ上に前記チップをボンディングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボンディング技術および半導体装置の製造技術に関し、特に、リードフレーム等を用いた組立工程等におけるダイボンディング工程等に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、半導体装置の製造における組立工程では、ワイヤボンディング工程に先立って、リードフレーム上のタブ等にチップ（ダイ）をボンディングするダイボンディングが行われる場合がある。
【０００３】
すなわち、ボンディング工具の下端に真空吸着等で保持されたチップを、ペースト等が塗着されたステージ上に位置決めされたタブ上に押圧しつつ超音波振動等を印加することで熱圧着するものである。
【０００４】
この場合、ボンディング時にステージとボンディング工具との間でタブとチップを挟圧するため、過大な挟圧力が作用するとチップやボンディング工具等の破損の原因となるため、ボンディング位置におけるステージの高さ位置を精密に把握し、タブおよびチップの厚さ寸法を勘案してボンディング工具の降下高さを精密に制御することが、適正な押圧（挟圧）力によるボンディングを行う上で重要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このため、従来技術では、タブ位置毎に、予めボンディング工具をステージ面上のボンディング位置に当接させて当該位置でのステージ高さを実測するティーチングを実行することでボンディング位置での正確なステージ高さを把握した後にボンディングを実行していたが、ボンディング（タブ）位置が変わるたびに、その都度、ボンディング作業を中断してティーチングを実行する必要があり、作業効率の低下の一因となっていた。
【０００６】
特に、リードフレームの１ピッチ当たりに縦（フレーム長手方向）または横方向、あるいは縦横両方向に複数個分のアイランド（タブ）・リードをマトリックス状に配列したマトリックスフレームの場合には、複数のアイランド（タブ）の数だけティーチングを反復する必要があり、効率低下が著しくなる。
【０００７】
本発明の目的は、半導体装置の製造工程におけるボンディング工程でのティーチング時間を短縮して、ボンディング工程での作業効率を向上させることにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、ティーチング時間を短縮してスループットを向上させることが可能なボンディング技術を提供することにある。
【０００９】
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。
【００１０】
【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簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１２】
本発明は、ウェハプロセスにて複数の半導体装置が一括して形成された半導体ウェハを個々の前記半導体装置毎に分断して得られたチップを準備する工程と、ステージとボンディング工具との間で前記チップと封止構造物とを重ね合わせて挟圧することで前記チップと前記封止構造物とをボンディングする組立工程とを含む半導体装置の製造方法であって、前記組立工程では、前記ボンディングに先立って、前記ステージ上における複数の位置での高さの測定結果から前記ステージの傾きを検出して記憶する工程と、前記ボンディング工具のボンディング位置における前記ステージ面の高さを、前記ステージの前記傾きに基づいて算出し、算出された前記ステージ面の高さに基づいて前記ステージに対する前記ボンディング工具の降下高さを制御して前記ボンディングを実行する工程と、を含むようにしたものである。
【００１３】
より具体的には、一例として、前記ステージ上の任意の３点での高さの測定結果から前記ステージの傾きを算出し、前記傾きに基づいて、前記ボンディング工具の任意の位置決め位置（タブ位置）の直下での前記ステージ面の高さを算出して、ボンディング時におけるボンディング工具の降下高さを制御する。
【００１４】
あるいは、前記ステージ上の任意の２点での高さの測定結果から、前記２点を結ぶ直線方向（タブの配列方向）の前記ステージの傾きを算出し、前記傾きに基づいて、前記直線上における前記ボンディング工具の任意の位置決め位置（タブ位置）の直下での前記ステージ面の高さを算出して、ボンディング時におけるボンディング工具の降下高さを制御する。
【００１５】
これにより、ボンディングに先立って、一度だけティーチングを実行するだけで、以降は、個々のタブ位置でティーチングを実行することなく、正確にボンディング（タブ）位置でのステージ高さを算出して、的確なボンディング工具の降下高さの制御によるボンディングを実行することが可能となり、ボンディング工程における作業効率の向上、およびスループットの向上を達成することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を実施するボンディング装置の作用の一例を示すフローチャートであり、図２は、本実施の形態の半導体装置の製造方法を実施するボンディング装置の構成の一例を示す概念図、図３は、本実施の形態のボンディング装置の作用の一例を示す概念図、図４および図５は、本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【００１８】
まず、図２を参照しながら、本実施の形態のボンディング装置の構成の一例を説明する。本実施の形態では、ボンディング装置の一例としてダイボンディング装置に適用した場合を例に採って説明する。
【００１９】
水平面（Ｘ−Ｙ平面）内において移動自在なＸ−Ｙテーブル１には、ボンディングヘッド２が搭載され、このボンディングヘッド２は、垂直面内（Ｘ−Ｙ平面に直交するＺ軸方向）において上下動する。
【００２０】
ボンディングヘッド２には位置検出センサ８が設備されており、位置検出センサ８は後記するメインコントローラ７に接続されている。また、ボンディングヘッド２にはメインコントローラ７に接続される図示しないカメラが備えられ、ボンディング対象部の画像認識等による位置検出が可能になっている。
【００２１】
ボンディングヘッド２の先端部にはボンディング対象物であるチップ２１を先端部に真空吸着等で保持するコレット等のボンディング工具３が支持されている。
【００２２】
ボンディング工具３の下方には、各々にチップ２１が搭載される複数のタブ４ａが長手方向等に所定のピッチで配列されたリードフレーム４が載置されるステージ５が設けられている。このステージ５には、リードフレーム４を、図２の紙面に垂直な方向にタブ４ａの配列ピッチ単位に間欠的に移動および位置決めが可能な図示しないリードフレーム送り機構が備えられている。
【００２３】
また、特に図示しないが、リードフレーム４の送り方向の手前側には、タブ４ａにペースト等を塗布する動作を行うディスペンサが配置されており、リードフレーム４の送り動作に同期した塗布動作が行われるようになっている。
【００２４】
また、ステージ５の近傍には、複数のチップ２１が載置されるピックアップステージ２０が設けられている。
【００２５】
前記Ｘ−Ｙテーブル１及びボンディングヘッド２を駆動する図示しないサーボモータ等の制御を行う作動コントローラ６は、全体の制御を司るメインコントローラ７に接続されている。
【００２６】
作動コントローラ６は、メインコントローラ７からの指令により、位置検出センサ８から得られるボンディング工具３の３次元の位置情報を用いたフィードバック制御により、ボンディング工具３の位置制御を行う。
【００２７】
また、メインコントローラ７は、ボンディング工具３の動作する高さデータ（たとえば品種毎のリードフレーム４（タブ４ａ）の厚さやチップ２１の厚さ）などの入力を行う為のキーボード９、たとえば、ブザーなどの警報手段１０が接続されており、作動コントローラ６において決定されたボンディング位置及び高さに誤りがあると判定された場合に、外部操作者に警報音などで報知し、ディスプレイ１１に表示する動作を行うようになっている。
【００２８】
そして、本実施の形態の場合、メインコントローラ７は、Ｘ−Ｙテーブル１の水平移動及びボンディングヘッド２の上下動等を制御して実現されるボンディング工具３のステージ５に対する当接動作等によって、後述のティーチング動作を行う制御論理が制御プログラムの一部に組み込まれている。
【００２９】
また、本実施の形態の場合、メインコントローラ７には、後述のティーチング動作にて測定されたステージ５上の複数点の三次元座標から、複数点の三次元座標を通る平面としてステージ５の面を定義して記憶することで、ステージ５の傾斜状態を記憶する記憶手段と、このステージ５の傾斜状態に基づいて、ボンディング工具３のステージ５に対する任意の位置決め位置（ボンディング位置）におけるステージ５の高さを算出（ボンディング工具３の中心軸（Ｚ軸）と、前記複数点の三次元座標を通る平面として定義されたステージ５の上面との交点のＺ座標がその位置のステージ５の高さとして算出される）する制御論理が、制御プログラムの一部として実装されている。
【００３０】
以下、本実施の形態の作用の一例について説明する。
【００３１】
まず、図１のフローチャートなどを参照しながら、本実施の形態のボンディング装置におけるティーチング動作の一例について説明する。
【００３２】
まず、リードフレーム４がステージ５上に搭載されない状態で、任意の位置（Ｘ1 ，Ｙ1 ）にＸ−Ｙテーブル１（すなわちボンディング工具３）を移動する（ステップ１０１）。
【００３３】
次にボンディングヘッド２を下降させ（ステップ１０２）、ボンディング工具３が着地（ステージ５の上面に当接）した時に、位置検出センサ８でボンディング工具３の当接端の高さ方向の位置、すなわち位置（Ｘ1 ，Ｙ1 ）でのステージ５のＺ座標：Ｚ1 をメインコントローラ７に送信する（ステップ１０３）。
【００３４】
その後、ボンディングヘッド２を上昇させボンディング工具３をステージ５から離間させる（ステップ１０４）。
【００３５】
ステップ１０１から１０４まで反復することで別の異なる（Ｘ2 ，Ｙ2 ），（Ｘ3 ，Ｙ3 ）の位置についてＺ2 、Ｚ3 の測定を同様に行う（ステップ１０５）。
【００３６】
メインコントローラ７は、ティーチングした３点の３次元座標値（Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｚ1 ）、（Ｘ2 ，Ｙ2 ，Ｚ2 ），（Ｘ3 ，Ｙ3 ，Ｚ3 ）からステージ５の傾きを計算し記憶する（ステップ１０６）。すなわち、ティーチング時のステージ５の上面の傾斜状態が、３点の３次元座標値（Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｚ1 ）、（Ｘ2 ，Ｙ2 ，Ｚ2 ），（Ｘ3 ，Ｙ3 ，Ｚ3 ）を通る平面として定義され、記憶される。図３に、ステージ５の高さをティーチングする位置の配置例を示す。
【００３７】
上述のようなティーチング後において、任意の点（Ｘ，Ｙ）のステージ５の高さＺは、一例として次の（式１）の計算式で求まる。
【００３８】
すなわち、本実施の形態では、メインコントローラ７は、ボンディング工具３の任意のボンディング位置（Ｘ，Ｙ）における直下のステージ５の高さＺを、次の（式１）の計算式で求めることで、ボンディング時におけるボンディング工具３の高さ（Ｚ軸）方向の降下位置を制御することができる。
【００３９】
【数１】
0003970681.tif 000002
【００４０】
係数Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ一例として以下の（式２）、（式３）、（式４）の通りとなる。
【００４１】
【数２】
0003970681.tif 000003
【００４２】
【数３】
0003970681.tif 000004
【００４３】
【数４】
0003970681.tif 000005
【００４４】
以下、図４およひ図５のフローチャートなどを参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法の全体工程の一例について説明する。
【００４５】
まず、リードフレーム４の準備（ステップ２０１）およびチップ２１の準備（ステップ２０２）を行う。
【００４６】
リードフレーム４は、たとえば、導体板に対するエッチングや打ち抜き加工等で、複数のタブ４ａや当該タブ４ａを取り囲むリード等が長手方向の中央部に所定のピッチで配列された構成となっている。
【００４７】
また、チップ２１は、ウェハプロセスにて複数の半導体装置が一括して形成された図示しない半導体ウェハを個々の前記半導体装置毎に分断して得られる。
【００４８】
そして、リードフレーム４の個々のタブ４ａに、個々のチップ２１を圧着するダイボンディングが行われる（ステップ２０３）。
【００４９】
このダイボンディング工程の一例を、図５のフローチャートにてより詳細に説明する。
【００５０】
まず、たとえば、リードフレームの品種に切り替え等を契機に、上述の図１のフローチャートに例示したティーチングを実行する（ステップ３０１）。
【００５１】
その後、リードフレーム４をステージ５の図示しないフレーム送り機構にセットし（ステップ３０２）、リードフレーム４の送りおよび位置決め動作等にて、ペースト等が塗布された一つのタブ４ａを、ステージ５上に位置決めする（ステップ３０３）。
【００５２】
次に、ボンディング工具３を、ピックアップステージ２０上に移動させて、一つのチップ２１をボンディング工具３の先端部に吸着保持させた後（ステップ３０４）、ステージ５上のタブ４ａの直上部に位置決めし（ステップ３０５）、当該位置決め位置（Ｘ，Ｙ）でのステージ５の高さＺを、上述のように（式１）にて算出し（ステップ３０６）、算出したステージ５の高さＺにタブ４ａの厚さおよびチップ２１の厚さを加えた高さに基づいてボンディング工具３を降下させ、ステージ５とボンディング工具３との間でタブ４ａおよびチップ２１を挟圧しつつ超音波振動を印加することで、チップ２１をタブ４ａにボンディングする（ステップ３０７）。
【００５３】
その後、リードフレーム４の現位置決め位置での全タブ４ａに対するダイボンディングが完了したか判定し（ステップ３０８）、たとえばマトリックスフレーム等の場合には、リードフレーム４を移動させることなく、ボンディング工具３の移動にて、ステップ３０４〜３０７の動作を反復する。このようなマトリックスフレームの場合でも、本実施の形態では、各タブ４ａの位置におけるステージ５の高さは、（式１）にて計算できるため、ティーチング工程で、複数のタブ４ａの各々の位置での高さ測定等は全く必要なく、ティーチングの時間を大幅に短縮できる。
【００５４】
その後、さらに、現リードフレーム４における全タブ４ａに対するダイボンディングが完了したか否かを判定し（ステップ３０９）、未完の場合には、ステップ３０３以降を反復し、完了の場合には、ダイボンディングが完了したリードフレーム４を払いだす（ステップ３１０）。
【００５５】
そして、未処理のリードフレーム４がある場合には、別のリードフレーム４に対してステップ３０２以降を反復する。
【００５６】
上述のダイボンディングを経たリードフレーム４は、さらに、ワイヤボンディング工程により、チップ２１の図示しないボンディングパッドとリードフレーム４の図示しないリードとを電気的に接続するワイヤボンディングが行われる（ステップ２０４）。
【００５７】
その後、必要に応じて、たとえばチップ２１の一部または全部を覆うような封止工程（ステップ２０５）、および、リードフレーム４を個々のチップ２１を単位として分断し、リード外端部の成形を行って個別の半導体装置とするリードフレーム切断成形工程が行われ（ステップ２０６）、エージングテストによる半導体装置の選別工程（ステップ２０７）を経て、良品の半導体装置の出荷が行われる（ステップ２０８）。
【００５８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ダイボンディング工程の着工前に、ステージ５の複数位置でのティーチングを行ってステージ５の傾斜情報を記憶し、以降は、計算にてボンディング工具３の任意の位置決め（ボンディング）位置（Ｘ，Ｙ）でのステージ５の高さＺを算出してボンディング工具３の高さ制御を行うことができるので、ボンディングする位置が変わる度にステージ５の高さをティーチングする必要がなくなり、たとえば製品種が変わってもタブ４ａの位置毎にステージ５の高さをティーチングする必要が無くなる。
【００５９】
この結果、ティーチングの所要時間を短縮して、ダイボンディング工程の効率化の向上およびスループットの向上を実現できる。
【００６０】
特に、リードフレーム４の一つの位置決め位置に複数のタブ４ａを配置した構成のマトリックスフレーム等において、ティーチング時間の短縮効果が大きくなる。
【００６１】
上述の実施の形態では、ティーチング時におけるステージ５の高さ測定の方法として、ボンディング工具３をステージ５上に当接させる方法を用いているが、これに限らず、たとえば、ボンディング対象物の位置検出用のカメラ等でステージ５上の測定点に焦点を合わせて高さ測定を行う操作を複数箇所で行うことでステージ５の傾きを求める方法を用いることも可能である。この場合、ボンディング工具３をステージ５に着地（当接）させなくてもよいという利点がある。
【００６２】
また、ティーチング時における測定点の数は、３点にかぎらず、たとえば、水平方向または垂直方向の１列にタブ４ａが並んだマトリックスフレーム等の製品に対してタブ４ａの配列方向等の２点の高さをティーチングしてステージ５の傾きを求める方法でもよい。
【００６３】
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。
【００６４】
【発明の効果】
半導体装置の製造工程におけるボンディング工程でのティーチング時間を短縮して、ボンディング工程での作業効率を向上させることができる、という効果が得られる。
【００６５】
ティーチング時間を短縮してスループットを向上させることが可能なボンディング技術を提供することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を実施するボンディング装置の作用の一例を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を実施するボンディング装置の構成の一例を示す概念図である。
【図３】本発明の一実施の形態であるボンディング装置の作用の一例を示す概念図である。
【図４】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  Ｘ−Ｙテーブル
２  ボンディングヘッド
３  ボンディング工具
４  リードフレーム
４ａ  タブ（第１対象物）
５  ステージ
６  作動コントローラ
７  メインコントローラ
８  位置検出センサ
９  キーボード
１０  警報手段
１１  ディスプレイ
２０  ピックアップステージ
２１  チップ（第２対象物）
【図１】
0003970681.tif 000006
【図２】
0003970681.tif 000007
【図３】
0003970681.tif 000008
【図４】
0003970681.tif 000009
【図５】
0003970681.tif 000010