(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングツールに挿通したワイヤによって第１ボンド点と第２ボンド点との接続を行うワイヤボンディング装置であって、
ボンディングツールをＸＹＺ方向に移動させる移動機構と、
ボンディングツールの長手方向軸に対して傾けて配置され、プラズマ化したガスをボンディングツールの根本側からボンディングツール先端に向かって噴出させる少なくとも１つのプラズマトーチと、
ワイヤと各ボンド点との不着を検出する不着検出手段と、
ボンディングツールの移動とプラズマトーチからのプラズマ化したガスの噴出とを連動して制御する制御部とを備え、
制御部は、
各ボンド点へのボンディング後のボンディングツール上昇中又はボンディングツールの上昇後に、不着検出手段によってワイヤと各ボンド点との間の不着を検出した際には、移動機構によって、ボンディングツールを不着の発生したボンド点の直上まで降下させ、プラズマトーチによってボンディングツール先端のワイヤと不着の発生した各ボンド点とにプラズマ化したガスを噴出させた後、ボンディングツールによって不着の発生した各ボンド点にワイヤを再度ボンディングする不着リカバリー手段を備えること、
を特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のワイヤボンディング装置であって、
ボンド点に対する接離方向の位置が固定された固定クランパと、
ボンディングツールと固定クランパとの間に設けられ、ボンディングツールと共にボンド点に対する接離方向に移動する移動クランパと、を備え、
不着リカバリー手段は、
第１ボンド点へのボンディング後のボンディングツール上昇中又はボンディングツールの上昇後に、不着検出手段によってワイヤと第１ボンド点との間の不着を検出した際には、固定クランパを開とし、移動クランパを閉として、ボンディングツールと共に移動クランパを降下させた後、固定クランパを閉とし、移動クランパを開として、ボンディングツールと共に移動クランパを上昇させ、不着の発生した第１ボンド点の直上までワイヤ先端を繰り出した後、ボンディングツール先端のワイヤと第１ボンド点とにプラズマ化したガスを噴出させること、
を特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のワイヤボンディング装置であって、
プラズマトーチは、移動機構によってボンディングツールと連動してＸＹＺ方向に移動すること、
を特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項４】
ボンディングツールをＸＹＺ方向に移動させる移動機構と、
ボンディングツールの長手方向軸に対して傾けて配置され、プラズマ化したガスをボンディングツールの根本側からボンディングツール先端に向かって噴出させる少なくとも１つのプラズマトーチと、
ワイヤとボンド点との不着を検出する不着検出手段と、を備え、
ボンディングツールに挿通したワイヤによって第１ボンド点と第２ボンド点との接続を行うワイヤボンディング装置のワイヤボンディング方法であって、
各ボンド点へのボンディング後のボンディングツール上昇中又はボンディングツールの上昇後に、不着検出手段によってワイヤと各ボンド点との間の不着を検出した際には、移動機構によって、ボンディングツールを不着の発生した各ボンド点の直上まで降下させ、
プラズマトーチによってボンディングツール先端のワイヤと不着の発生した各ボンド点とにプラズマ化したガスを噴出させ、
ボンディングツールによって不着の発生した各ボンド点にワイヤを再度ボンディングすること、
を特徴とするワイヤボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不着検出後にリカバリー処理を行うワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造において、半導体チップのパッドと回路基板のリードとの間を金属細線のワイヤで接続するワイヤボンディング装置が多用されている。ワイヤボンディング装置によってボンディングを行う場合には、例えば、ボンディングツールであるキャピラリによって半導体チップのパッドにワイヤを１次ボンディングした後、キャピラリの先端からワイヤを延出させながらキャピラリを上昇させ、リードの上までルーピングした後、キャピラリを降下させてリードの上に２次ボンディングを行い、ワイヤをクランパで把持してキャピラリを上昇させ、ワイヤを切断するボンディング動作を行う。
【０００３】
一方、ワイヤボンディングにおいて、パッド又はリードにワイヤを超音波あるいは熱圧着によって接続する際には、パッド或いはリードの金属層表面に汚染、或いは異物の付着があると、パッド或いはリードとワイヤとの間の機械的接合強度が弱くなってしまうという問題がある。機械的接合強度が弱くなると、１次ボンディングの後にキャピラリを上昇させた際に、ワイヤがパッド表面から剥がれてしまったり、２次ボンディングの後のワイヤ切断動作の際に、ワイヤがリード表面から剥がれてしまったりしてワイヤ不着が発生する場合がある。
【０００４】
ワイヤボンディング装置にはワイヤに電流を流してワイヤの不着を検出するなどの不着検出手段が設けられており、これらの不着検出手段によってワイヤの不着が検出された場合には、ワイヤボンディング装置を停止させるように構成している場合が多い（例えば、特許文献１参照）。そして、一旦ワイヤボンディング装置が停止すると、そのワイヤボンディング装置は作業者が来るまで停止したままの状態となってしまい、製造効率が低下すると共に、メンテナンスの負担が大きくなるという問題がある。
【０００５】
このため、ワイヤボンディング装置において、１次ボンディングの後のキャピラリの上昇中に不着検出を行い、ワイヤの不着が検出された場合には２次ボンディングを行う前に、再度１次ボンディングを行ってボンディングを継続する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
一方、機械的接合強度の低下の原因となるパッド又はリードの汚染、或いは異物を除去する表面処理を行うことによって、良好な接合強度を得ようとする方法が提案されている。例えば、特許文献２には、プラズマキャピラリの先端からプラズマ化したガスを噴出させ、パッド、リードの表面の汚染、或いは異物除去の洗浄工程に続いてワイヤボンディングを行う方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２３７１８５号公報
【特許文献２】特開２００７−１２９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、パッド又はリード表面の汚染等の原因によってワイヤの不着が発生した場合、ワイヤが剥がれた後のパッド又はリード、或いは、パッド又はリードから剥がれたワイヤの面には不着の原因となった汚染、或いは異物などが残っている場合が多い。また、ボンディングの際に加熱を行う場合にはパッドやリードの表面に酸化膜が形成されている場合がある。特許文献１に記載された従来技術のように、不着が検出された際に単に再ボンディングを行う場合には、表面に汚染、異物或いは酸化膜などが残ったまま、ワイヤをパッド又はリードに再ボンディングしてしまう場合がある。このような場合、ワイヤとパッド或いはリードとの間に汚染や異物、酸化膜などを挟みこんだままボンディングすることとなり、再ボンディングによって十分な機械的接合強度を持たせることが困難で再度不着の原因となる場合があった。また、特許文献１に記載された従来技術では、２次ボンディングによって不着が発生した場合には、動作を停止することとしていることから、２次ボンディングにおける不着からのリカバリーを行うことができず、この場合にはワイヤボンディング装置を停止することとなるという問題があった。
【０００９】
また、特許文献２に記載された従来技術では、最初のワイヤボンディングの前にパッドとリードの面はプラズマによって表面処理されて清浄な状態でボンディングされるが、ワイヤは洗浄処理されていないので、ワイヤ表面に何らかの汚染、或いは異物などが付着する場合がある。このような場合には、ワイヤとパッド或いはリードとの間の接合において不着が発生する場合がある。不着が発生すると、先に説明した特許文献１に記載された従来技術と同様、ワイヤが剥がれた後のパッド又はリード、或いは、パッド又はリードから剥がれたワイヤの面には不着の原因となった汚染、或いは異物、酸化膜などが残っている場合があり、これを再ボンディングしても十分な機械的結合強度が得られない場合がある。
【００１０】
そこで、本発明は、ワイヤボンディング装置において、不着を検出した際のリカバリー処理におけるボンディング品質を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のワイヤボンディング装置は、ボンディングツールに挿通したワイヤによって第１ボンド点と第２ボンド点との接続を行うワイヤボンディング装置であって、ボンディングツールをＸＹＺ方向に移動させる移動機構と、ボンディングツールの長手方向軸に対して傾けて配置され、プラズマ化したガスをボンディングツールの根本側からボンディングツール先端に向かって噴出させる少なくとも１つのプラズマトーチと、ワイヤと各ボンド点との不着を検出する不着検出手段と、ボンディングツールの移動とプラズマトーチからのプラズマ化したガスの噴出とを連動して制御する制御部とを備え、制御部は、各ボンド点へのボンディング後のボンディングツール上昇中又はボンディングツールの上昇後に、不着検出手段によってワイヤと各ボンド点との間の不着を検出した際には、移動機構によって、ボンディングツールを不着の発生したボンド点の直上まで降下させ、プラズマトーチによってボンディングツール先端のワイヤと不着の発生した各ボンド点とにプラズマ化したガスを噴出させた後、ボンディングツールによって不着の発生した各ボンド点にワイヤを再度ボンディングする不着リカバリー手段を備えること、を特徴とする。
【００１２】
本発明のワイヤボンディング装置において、ボンド点に対する接離方向の位置が固定された固定クランパと、ボンディングツールと固定クランパとの間に設けられ、ボンディングツールと共にボンド点に対する接離方向に移動する移動クランパと、を備え、不着リカバリー手段は、第１ボンド点へのボンディング後のボンディングツール上昇中又はボンディングツールの上昇後に、不着検出手段によってワイヤと第１ボンド点との間の不着を検出した際には、固定クランパを開とし、移動クランパを閉として、ボンディングツールと共に移動クランパを降下させた後、固定クランパを閉とし、移動クランパを開として、ボンディングツールと共に移動クランパを上昇させ、不着の発生した第１ボンド点の直上までワイヤ先端を繰り出した後、ボンディングツール先端のワイヤと第１ボンド点とにプラズマ化したガスを噴出させること、としても好適である。
【００１３】
本発明のワイヤボンディング装置において、プラズマトーチは、移動機構によってボンディングツールと連動してＸＹＺ方向に移動すること、としても好適である。
【００１４】
本発明のワイヤボンディング方法は、ボンディングツールをＸＹＺ方向に移動させる移動機構と、ボンディングツールの長手方向軸に対して傾けて配置され、プラズマ化したガスをボンディングツールの根本側からボンディングツール先端に向かって噴出させる少なくとも１つのプラズマトーチと、ワイヤとボンド点との不着を検出する不着検出手段と、を備え、ボンディングツールに挿通したワイヤによって第１ボンド点と第２ボンド点との接続を行うワイヤボンディング装置のワイヤボンディング方法であって、各ボンド点へのボンディング後のボンディングツール上昇中又はボンディングツールの上昇後に、不着検出手段によってワイヤと各ボンド点との間の不着を検出した際には、移動機構によって、ボンディングツールを不着の発生した各ボンド点の直上まで降下させ、プラズマトーチによってボンディングツール先端のワイヤと不着の発生した各ボンド点とにプラズマ化したガスを噴出させ、ボンディングツールによって不着の発生した各ボンド点にワイヤを再度ボンディングすること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
そこで、本発明は、ワイヤボンディング装置において、不着を検出した際のリカバリー処理におけるボンディング品質を向上させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように本実施形態のワイヤボンディング装置１０は、架台の上に設けられたＸＹテーブル５０と、ＸＹテーブル５０の上に取り付けられ、ＸＹ方向にスライドするボンディングヘッド１５とを備えている。ボンディングヘッド１５には、内部に設けられたＺ方向モータによってＺ方向に揺動動作をするアーム取り付け部３２が取付けられ、アーム取り付け部３２には、ボンディングアーム１６と、プラズマアーム３１と、移動クランパである第１クランパ３３とが取付けられている。ボンディングアーム１６はアーム取り付け部３２のＺ方向の揺動動作によって先端がＺ方向に向かって上下に動作する。また、プラズマアーム３１と第１クランパ３３もアーム取り付け部３２に取付けられているので、ボンディングアーム１６と共にＺ方向に上下に動作する。また、ボンディングヘッド１５には固定クランパである第２クランパ３４が取付けられている。第２クランパ３４はＺ方向の位置が固定されており、第１クランパ３３のようにＺ方向に移動しない。図１に示すように第１クランパ３３はボンディングアーム１６と第２クランパ３４との間になるよう構成されている。図１において、ワイヤボンディング装置１０の長手方向であり、ガイドレール１４の延びる方向がＸ方向で、ガイドレール１４と同一面にあってＸ方向と直角方向がＹ方向、ＸＹ方向の面に垂直で上方向に向かう方向がＺ方向である。ＸＹ方向はＸＹ座標の面内、すなわち水平面を示し、Ｚ方向はワイヤボンディング装置１０の上下方向を意味する。また、ボンディングヘッド１５をＸＹ方向に移動させるＸＹテーブル５０とボンディングヘッド１５の内部に設けられているＺ方向モータはキャピラリ１７をＸＹＺ方向に移動させる移動機構を構成する。
【００１７】
ボンディングヘッド１５のキャピラリ１７の側には、半導体チップ４２が取付けられたリードフレーム４１を図１のＸ方向にガイドするガイドレール１４が設けられている。ボンディングアーム１６の先端にはボンディングツールであるキャピラリ１７が取付けられ、プラズマアーム３１の先端にはプラズマ化したガスを先端から噴出するプラズマトーチ２０が取付けられている。キャピラリ１７の中心孔にはワイヤ１８が挿通され、ワイヤ１８は第１クランパ３３、第２クランパ３４の各クランプ部を通って図示しないリールにつながっている。ＸＹテーブル５０の横には、プラズマトーチ２０にプラズマ用ガスを供給するプラズマ用ガス供給部６０とプラズマトーチ２０に高周波電力を供給する高周波電力供給部７０とが設けられている。
【００１８】
ＸＹテーブル５０とボンディングヘッド１５とプラズマ用ガス供給部６０と高周波電力供給部７０とは制御部８０に接続され、制御部８０の指令によって動作することができるよう構成されている。制御部８０は内部にＣＰＵと記憶部とを備えるコンピュータであるが、電子回路を組み合わせて制御動作ができるよう構成されていても良い。
【００１９】
図２に示すように、ボンディングアーム１６の先端に取付けられているキャピラリ１７は先端がテーパ状に細くなっている円筒形状で、内部の穴にはワイヤ１８が挿通され、先端からワイヤ１８が延出している。キャピラリ１７の先端から延出したワイヤ１８は電気トーチ等によってイニシャルボール１９に成形されている。従って、イニシャルボール１９はワイヤ１８の一部である。プラズマアーム３１の先端に取付けられたプラズマトーチ２０は、先端部２１から噴出したプラズマ化したガスがキャピラリ１７の根本側からキャピラリ１７の先端に向かうようにキャピラリ１７の長手軸方向に対して傾けて取り付けられている。傾き角度は、キャピラリ１７がパッド４３又はリード４４の直上に来た際にプラズマトーチ２０から噴出したプラズマ化したガスの噴流がパッド４３又はリード４４にも当たるよう、キャピラリ１７の長手方向軸に対して３０度から６０度の範囲とするのが好ましい。本実施形態では傾き角度は４５度となっている。傾き角度は、プラズマトーチ２０の先端部２１の開口寸法等によって上記の範囲で変更することができる。第１クランパ３３は先端にワイヤ１８を挟む固定ツメ３３ｂと可動ツメ３３ａとからなるクランプ部を備えており、図示しない開閉機構によって可動ツメ３３ａを固定ツメ３３ｂに向かって開閉させることによってワイヤ１８の把持、開放を行うことができるよう構成されている。
【００２０】
図３に示すように、プラズマトーチ２０は、絶縁体からなる円筒形状で先端の開口からプラズマ化したガスを噴出する先端部２１と、先端部２１の外部に設けられた円筒形状の外部電極２２と、先端部２１に接続され、導電性材料で構成された円筒形状のガス導入管２３と、ガス導入管２３の内部に設けられ、一端がガス導入管２３の内面に接触し、他端が先端部２１の内部に延びる内部電極２８とを備えている。ガス導入管２３は電気的に接地されている。プラズマ用ガス供給部６０は、プラズマの源となるガスを供給する機能を有し、具体的には、表面処理用ガスをキャリアガスに混合するための混合ボックス６１と、これらを接続する各種配管とを含んで構成される。ここで表面処理用ガスとして、酸化処理用の酸素ガス６４と還元処理用の水素ガス６３が、キャリアガスとしてアルゴンガス６２がそれぞれ用いられる。
【００２１】
切換ボックス６５は、表面処理が酸化か還元かによって酸素ガス６４と水素ガス６３との間で切換を行い、適当な流量で混合ボックス６１に送る機能を有する。混合ボックス６１は、切換ボックス６５から送られてきた酸化ガス又は還元ガスを、適当な混合比でキャリアガスに混合し、プラズマ用ガス供給管６６からガス配管２４によってガス導入管２３に供給する機能を有する。切換ボックス６５、混合ボックス６１の制御は、制御部８０の下で行われる。なお、消費するガスの量は微量であるので、各ガス源は、小型のガスボンベを用いることができる。勿論、外部ガス源から専用配管によって切換ボックス６５、混合ボックス６１に接続するものとすることもできる。本実施形態では、キャリアガスとしてアルゴンガスを用いることとして説明するが、ヘリウムガスなどを用いてもよい。
【００２２】
図３に示すように、高周波電力供給部７０は、プラズマトーチ２０の外部電極２２にプラズマの発生を維持するための高周波電力を供給するもので、整合回路７１と高周波電源７２とを備えている。整合回路７１は外部電極２２に高周波電力を供給する際の電力反射を抑制するための回路で、例えばＬＣ共振回路などが用いられる。高周波電源７２は例えば１００ＭＨｚから５００ＭＨｚ等の周波数の電源を用いることができる。供給する電力の大きさは、プラズマ用ガス供給部６０から供給されるプラズマ用ガスの種類、流量、プラズマの安定性を考慮して決定される。高周波電源７２の制御は制御部８０によって行われる。高周波電源７２と整合回路７１は高周波電力接続線７３によって接続され、高周波電力は整合回路７１から高周波電力出力線７４を通って同軸ケーブル２５に出力される。
【００２３】
図３に示すように、プラズマトーチ２０は、内部電極２８、接地されたガス導入管２３と外部電極２２との間に高周波電力を通電することによってガス導入管２３から導入されたガスを図示しない点火装置によりプラズマ化し、プラズマ化したガスを先端部２１の開口から処理対象に向かって噴出させる。図３中のクロスハッチングした領域はプラズマ化したガスの噴流２６を示す。
【００２４】
図４に示すように、リードフレーム４１に取付けられた半導体チップ４２の各パッド４３とリードフレーム４１の各リード４４とはワイヤ１８によって接続されている。本実施形態では、パッド４３が第１ボンド点で、リード４４が第２ボンド点となり、キャピラリ１７の先端に伸びたワイヤ１８をボール状に成形したイニシャルボール１９がパッド４３にボンディングされた後、ワイヤ１８はリード４４にルーピングされてリード４４にボンディングされ、ワイヤ１８を切断することによってパッド４３とリード４４とをワイヤ１８によって接続する。
【００２５】
図５を参照しながら、ワイヤボンディング装置１０に設けられている不着検出手段について説明する。不着検出手段はワイヤ１８に電圧をかける電源装置３５と、電源装置３５からワイヤ１８に加わる電圧と接地端となるリードフレーム４１との間の電位差を測定する電圧計３６とを備えている。電源装置３５と電圧計３６とは制御部８０に接続され、電源装置３５は制御部８０の指令によってボンディング動作に連動して不着検出のタイミングにワイヤ１８に接続されている出力端３５ａと電圧計３６に接続されている出力端３５ｂに同一の電圧をかけ、その際の出力端３５ｂと接地端となるリードフレーム４１との間の電位差を電圧計３６によって測定し、その電位差によって不着検出を行うものである。図５（ａ）はパッド４３にイニシャルボール１９が圧着されて圧着ボール１９ｂとなり、キャピラリ１７からワイヤ１８を延出させながらキャピラリ１７が上昇している状態を示し、図５（ｂ）はパッド４３にイニシャルボール１９が圧着されず、変形ボール１９ａとなってキャピラリ１７と一緒に上昇している状態を示す。図５（ａ）の場合は電源装置３５からワイヤ１８に電圧を加えると、電流はワイヤ１８からリードフレーム４１に流れるので、電圧計３６の測定する出力端３５ｂとリードフレーム４１との電位差は小さくなる。逆に、図５（ｂ）に示すように、ワイヤ１８が不着の場合、電源装置３５からワイヤ１８に電圧を加えても電流はリードフレーム４１に流れないので、電圧計３６の測定する出力端３５ｂとリードフレーム４１との電位差は図５（ａ）に示したワイヤ１８が接続されている状態よりも大きくなる。そして、制御部８０は、電圧計３６から取得した電位差信号と所定の電圧とを対比し、ワイヤ１８の接合或いは不着の各状態を検出する。
【００２６】
以上説明したように構成されたワイヤボンディング装置１０によるボンディング動作とリカバリー動作について図６から図１０を参照しながら説明する。図６はボンディング動作とリカバリー動作を示すフローチャートである。
【００２７】
図６のステップＳ１０１に示すように、ボンディング動作が開始されると、制御部８０は、第１ボンド点であるパッド４３へのボンディング動作を行う。
【００２８】
図７（ａ）に示すように、制御部８０は、ＸＹテーブル５０とボンディングヘッド１５の内部に設けられているＺ方向モータにより構成される移動機構によってキャピラリ１７の中心位置を第１ボンド点であるパッド４３の上に移動させる。そして、図７（ｂ）に示すように、Ｚ方向モータを駆動させてボンディングアーム１６及びキャピラリ１７をパッド４３に向かって降下させ、キャピラリ１７の先端のイニシャルボール１９をパッド４３に押し付ける。イニシャルボール１９はパッド４３に押し付けられて変形し変形ボール１９ａとなる。変形ボール１９ａは、イニシャルボール１９と同様、ワイヤ１８の一部である。この際、プラズマトーチ２０はキャピラリ１７と共に移動する。
【００２９】
図６のステップＳ１０２に示すように、制御部８０は不着検出を行う。図７（ｃ）に示すように、制御部８０は、移動機構によってキャピラリ１７を上昇させると共に、図５に示した電源装置３５からワイヤ１８に電圧を印加し、印加電圧とリードフレーム４１との電位差を電圧計３６から取得し、所定値と比較する。そして、取得した電位差が所定の電圧よりも大きい場合にはワイヤ１８はパッド４３に接合されてない不着状態であると判断する。図７（ｃ）に示すように、不着状態では変形ボール１９ａはパッド４３から離れ、キャピラリ１７と共に上昇している。検出した電位差が所定値以下の場合には、制御部８０は不着状態ではないと判断する。制御部８０は不着状態ではないと判断した場合には、図６のステップＳ２０１に示すように、第２ボンド点であるリード４４へのボンディングを開始する。不着の検出は図７（ｃ）に示すようにキャピラリ１７の上昇中に行ってもよいし、キャピラリ１７の上昇後に行ってもよい。
【００３０】
図６のステップＳ１０３に示すように、ワイヤ１８とパッド４３とが不着状態であると判断した場合には、制御部８０は、不着状態の検出回数が１回目かどうかを判断する。そして、不着検出が１回目である場合には、図６のステップＳ１０４に示すようにキャピラリ１７を不着の検出されたパッド４３の上に移動させる。不着検出がキャピラリ１７の上昇中に行われ、キャピラリ１７が不着検出したパッド４３の上にある場合には、移動は行わず、その位置を保持する。
【００３１】
図６のステップＳ１０５に示すように、制御部８０は、移動機構によってキャピラリ１７を不着検出したパッド４３の直上に降下させる。図８に示すように、キャピラリ１７が降下した後のパッド４３とキャピラリ１７の先端に位置する変形ボール１９ａとの距離Ｈ１は、例えば、プラズマトーチ２０の先端部２１の開口寸法が３００μｍから７００μｍでプラズマトーチ２０の取り付け角度がキャピラリ１７の長手方向軸に対して４５度の場合には、１００μｍから５００μｍとなるようにする。これは、プラズマトーチ２０の先端部２１の開口寸法が３００μｍから７００μｍでプラズマトーチ２０の取り付け角度がキャピラリ１７の長手方向軸に対して４５度の場合には、先端部２１から噴出するプラズマ化したガスの噴流２６がキャピラリ１７の先端にある変形ボール１９ａとパッド４３とに効率よく当たるようにするために、距離Ｈ１は５００μｍ以下であることが必要あること、及び、プラズマ化したガスがパッド４３と変形ボール１９ａとの間に流れて変形ボール１９ａのパッド４３側の洗浄が行えるためには、１００μｍ以上のガスの流動隙間が必要となるためである。この距離Ｈ１はプラズマトーチ２０の先端部２１の開口寸法や使用するワイヤ１８の直径、或いはプラズマトーチ２０の取り付け角度などによって他の数値が選択されても良い。
【００３２】
図６のステップＳ１０６に示すように、制御部８０は、キャピラリ１７の所定位置までの降下が終了すると、プラズマ化したガスを噴出させてプラズマ洗浄を行う。制御部８０は図３に示したプラズマ用ガス供給部６０からキャリアガスであるアルゴンガスと水素ガスとを混合したプラズマ用ガスをガス導入管２３に導入し、内部電極２８と接地されたガス導入管２３及び外部電極２２との間に高周波電力を通電することによってガス導入管２３から導入された混合ガスを図示しない点火装置によりプラズマ化し、プラズマ化したガスを先端部２１の開口から噴出させる。噴出したガスの噴流２６は図７（ｄ）に示すようにキャピラリ１７の根本側からキャピラリ１７の先端に向かって斜め下方向に流れ、キャピラリ１７先端の変形ボール１９ａ及び不着検出されたパッド４３に当たると共に変形ボール１９ａとパッド４３との間にも流れる。図８に示すように、変形ボール１９ａのパッド４３側とパッド４３の表面には不着の原因となった汚染或いは、ボンディングの際の加熱によって形成された酸化膜などの異物９０が付着している。プラズマ化したガスの噴流２６がパッド４３の表面或いは変形ボール１９ａの表面に流れることによってこれらの異物９０等が除去される。また、プラズマ化したガスには還元性のある水素が含まれているので、ボンディングの際の加熱によって形成された酸化膜を効果的に除去することができる。
【００３３】
上記において、還元性のある水素を混合したガスをプラズマ化することによって酸化膜を効果的に除去することにより、表面を清浄とすることとして説明したが、表面の清浄化処理は、必要に応じ、その酸化膜除去の前にガス種を酸素ガスに切り換え、プラズマを酸化性とし、有機物等の異物を除去することとしてもよい。また、有機物除去、酸化膜除去、あるいは他のエッチング性ガスを用いて電極エッチング等を組み合わせて行ってもよい。このようなガス種の設定は、制御部８０への入力として、ユーザが選択できるものとすることができる。
【００３４】
制御部８０は、所定時間だけプラズマ洗浄を行うとプラズマ洗浄を終了し、図６のステップＳ１０１に戻って第１ボンド点であるパッド４３に再度ボンディングを行う。制御部８０は、図７（ｅ）に示すように、一端キャピラリ１７をボンディングに必要な高さまで上昇させ、その後、図７（ｆ）に示すようにキャピラリ１７をパッド４３に向かって降下させ、キャピラリ１７の先端によって変形ボール１９ａをパッド４３に圧着する。変形ボール１９ａは、パッド４３に圧着されると圧着ボール１９ｂとなる。
【００３５】
図６のステップＳ１０２に示すように、制御部８０は先に説明したと同様に再度不着検出を行い、再度不着が検出された場合には、図６のステップＳ１０３に示す不着回数が２回となるので、図６のステップＳ１０７に示すようにエラーを表示し、ステップＳ１０８に示すようにワイヤボンディング装置１０の動作を停止する。
【００３６】
再ボンディングの後、図６のステップＳ１０１でキャピラリ１７の上昇中に不着が検出されなかった場合には、図６のステップＳ２０１に示すように、第２ボンド点であるリード４４のボンディングを行う。制御部８０は移動機構によってキャピラリ１７を上昇させた後、図９（ａ）に示すように、キャピラリ１７の中心が第２ボンド点であるリード４４の上に来るようにワイヤ１８をルーピングする。キャピラリ１７の中心がリード４４上に来たらキャピラリ１７を降下させてワイヤ１８の側面をリード４４にボンディングする。
【００３７】
図６のステップＳ２０２に示すように、制御部８０はワイヤ１８とリード４４との不着検出を行う。図９（ｃ）に示すように、制御部８０は、先に図７を参照して説明したと同様、移動機構によってキャピラリ１７を上昇させると共に、図５に示した電源装置３５からワイヤ１８に電圧を印加し、電圧計３６によって取得した電位差に基づいて不着の判断を行う。図９（ｃ）に示すように、不着状態ではパッド４３からルーピングされたキャピラリ１７の先端から延出したワイヤ１８はリード４４から離れた状態となっており、キャピラリ１７と共に上昇している。制御部８０は電圧計３６の電位差から不着状態ではないと判断した場合には、次のパッド４３へのボンディング動作を開始する。不着の検出は図９（ｃ）に示すようにキャピラリ１７の上昇中に行ってもよいし、キャピラリ１７の上昇後に行ってもよい。
【００３８】
図６のステップＳ２０３に示すように、ワイヤ１８とリード４４とが不着状態であると判断した場合には、制御部８０は、不着状態の検出回数が１回目かどうかを判断する。そして、不着検出が１回目である場合には、図６のステップＳ２０４に示すようにキャピラリ１７を不着の検出されたリード４４の上に移動させる。不着検出がキャピラリ１７の上昇中に行われ、キャピラリ１７が不着検出したリード４４の上にある場合には、移動は行わず、その位置を保持する。
【００３９】
図６のステップＳ２０５に示すように、制御部８０は、移動機構によってキャピラリ１７を不着検出したリード４４の直上に降下させる。図１０に示すように、キャピラリ１７が降下した後のリード４４とキャピラリ１７の先端に延出しているワイヤ１８の距離Ｈ２は、先に図８を参照して説明したように、例えば、プラズマトーチ２０の先端部２１の開口寸法が３００μｍから７００μｍでプラズマトーチ２０の取り付け角度がキャピラリ１７の長手方向軸に対して４５度の場合には、１００μｍから５００μｍとなるようにする。この距離Ｈ２はプラズマトーチ２０の先端部２１の開口寸法や使用するワイヤ１８の直径、或いはプラズマトーチ２０の取り付け角度などによって他の数値が選択されても良い。
【００４０】
図６のステップＳ２０６に示すように、制御部８０は、キャピラリ１７の所定位置までの降下が終了すると、先に図７、図８を参照して説明したのと同様、プラズマ化したガスを噴出させてプラズマ洗浄を行う。プラズマトーチ２０の先端部２１から噴出したガスの噴流２６は図９（ｄ）に示すように斜め下方向に向かって流れ、キャピラリ１７の先端から延出しているワイヤ１８のリード４４側の側面及び不着検出されたリード４４に当たると共にワイヤ１８とリード４４との間にも流れる。図１０に示すように、不着となったワイヤ１８のリード４４側の表面とリード４４の表面には不着の原因となった汚染或いは、ボンディングの際の加熱によって形成された酸化膜などの異物９０が付着している。プラズマ化したガスの噴流２６がリード４４の表面或いはワイヤ１８の表面を流れることによってこれらの異物９０等が除去される。また、プラズマ化したガスには還元性のある水素が含まれているので、ボンディングの際の加熱によって形成された酸化膜を効果的に除去することができる。
【００４１】
上記において、還元性のある水素を混合したガスをプラズマ化することによって酸化膜を効果的に除去することにより、表面を清浄とすることとして説明したが、表面の清浄化処理は、必要に応じ、その酸化膜除去の前にガス種を酸素ガスに切り換え、プラズマを酸化性とし、有機物等の異物を除去することとしてもよい。このようなガス種の設定は、制御部８０への入力として、ユーザが選択できるものとすることができる。
【００４２】
制御部８０は、所定時間だけプラズマ洗浄を行うとプラズマ洗浄を終了し、図６のステップＳ２０１に戻って第２ボンド点であるリード４４に再度ボンディングを行う。制御部８０は、図９（ｅ）に示すように、一端キャピラリ１７をボンディングに必要な高さまで上昇させ、その後、図９（ｆ）に示すようにキャピラリ１７をリード４４に向かって降下させ、キャピラリ１７の先端によってワイヤ１８の側面をリード４４に圧着する。
【００４３】
図６のステップＳ２０２に示すように、制御部８０は再度不着検出を行い、再度不着が検出された場合には、図６のステップＳ２０３に示す不着回数が２回となるので、図６のステップＳ２０７に示すようにエラーを表示し、ステップＳ２０８に示すようにワイヤボンディング装置１０の動作を停止する。
【００４４】
図６のステップＳ２０１でキャピラリ１７の上昇中に不着が検出されなかった場合には制御部８０は、次のパッド４３へのボンディング動作を開始する。
【００４５】
以上説明した本実施形態によれば、ワイヤボンディング装置１０のボンディング動作中にワイヤ１８とパッド４３或いはリード４４との間の不着が検出された場合に、ワイヤ１８或いはワイヤ１８の先端に形成したイニシャルボール１９が変形した変形ボール１９ａ及びパッド４３、及びリード４４の各表面に残っている汚染、或いは異物または酸化膜等をプラズマ化したガスによって効果的に除去し、清浄な表面とした後、再ボンディングを行うので、リカバリー処理によって再度不着が発生することを効果的に抑制することができるという効果を奏する。また、接合表面を清浄にして再ボンディングを行うことからリカバリー処理のボンディング品質を向上させることができるという効果を奏する。更に、パッド４３へのボンディングのみでなくリード４４へのボンディングにおいてもリカバリー動作をすることができるので、不着によりワイヤボンディング装置１０が停止する時間を効果的に短縮することができ、半導体装置の製造効率の低下を効果的に抑制することができるという効果を奏する。
【００４６】
本実施形態では、プラズマアーム３１には先端部２１から噴出したプラズマ化したガスがキャピラリ１７の根本側からキャピラリ１７の先端に向かうように配置された１つのプラズマトーチ２０が取付けられているものとして説明したが、プラズマトーチ２０は先端部２１から噴出したガスがキャピラリ１７の根本側からキャピラリ１７の先端に向かうように取付けられていれば複数本取付けられていてもよい。
【００４７】
次に他の実施形態について説明する。図１から図１０を参照しながら説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。
【００４８】
図１１、１２に示すように、本実施形態は、全体の動作は先の実施形態と同様で、キャピラリ１７と第１、第２クランパ３３，３４によってワイヤ先端の変形ボール１９ａを不着検出したパッド４３の直上まで繰り出して、変形ボール１９ａとパッド４３とにプラズマ化したガスを噴出させて、洗浄を行うものである。
【００４９】
本実施形態では、図６のステップＳ１０１からＳ１０４までの動作は図１１（ａ）から図１１（ｃ）に示すように先の実施形態と同様である。パッド４３へのボンディングにおいて不着が検出されると図１２に示すように、ワイヤ１８の繰り出し動作を行う。ワイヤ１８の繰り出し動作は第１、第２の２つのクランパ３３，３４の開閉動作と、キャピラリ１７及び第１クランパ３３の上下動によって行う。各クランパ３３，３４の開閉動作は制御部８０からの指令によって行われる。
【００５０】
図１２（ａ）に示すように、最初、第１クランパ３３、第２クランパ３４は共に閉まっている状態である。そして、図１２（ｂ）に示すように第２クランパ３４を開き、図１２（ｃ）に示すように、第１クランパ３３でワイヤ１８をクランピングしながらキャピラリ１７と共にキャピラリ１７先端の変形ボール１９ａがパッド４３の直上となる位置まで降下させる。この降下動作によって第１クランパ３３はワイヤ１８を引き出す。変形ボール１９ａとパッド４３との間の距離Ｈ１は、先に図８を参照して説明したのと同様、プラズマトーチ２０の先端部２１の開口寸法が３００μｍから７００μｍでプラズマトーチ２０の取り付け角度がキャピラリ１７の長手方向軸に対して４５度の場合には、１００μｍから５００μｍとなるようにする。この距離Ｈ１はプラズマトーチ２０の先端部２１の開口寸法や使用するワイヤ１８の直径、或いはプラズマトーチ２０の取り付け角度などによって他の数値が選択されても良い。
【００５１】
そして、図１２（ｄ）に示すように、第２クランパ３４を閉じて、図１２（ｅ）に示すように第１クランパ３３を開き、図１２（ｆ）に示すようにキャピラリ１７と第１クランパ３３を上昇させる。すると、ワイヤ１８は第２クランパ３４によって固定されていることから、図１２（ｆ）に示すようにキャピラリ１７の先端にワイヤ１８が繰り出される。図１２（ｇ）に示すように、キャピラリ１７及び第１クランパ３３が初期の位置に戻ったら、第１、第２クランパ３３，３４を閉とする。ワイヤ１８の繰り出しは、ワイヤ１８先端の変形ボール１９ａとパッド４３との距離Ｈ１が所定の距離となるようにキャピラリ１７をパッド４３の直上まで降下させて行うこととしても良いし、キャピラリ１７の降下量を少なくして、図１２（ａ）から（ｇ）までの繰り出し動作を複数回行って、変形ボール１９ａとパッド４３との距離Ｈ１が所定の距離となるようにしても良い。特にワイヤ１８の繰り出し量は、ワイヤ１８がプラズマ化したガスの噴流２６に流されない範囲、例えばワイヤ１８の直径の５倍程度が好ましい。
【００５２】
このように、キャピラリ１７からワイヤ１８、変形ボール１９ａを繰り出した後、図１１（ｄ）に示すように、プラズマ化したガスをプラズマトーチ２０の先端から斜め下方向に噴出させて変形ボール１９ａの表面とパッド４３との洗浄を行う。本実施形態では、キャピラリ１７の先端からワイヤ１８が繰り出され、変形ボール１９ａがキャピラリ１７の先端から離れているので、キャピラリ１７によって噴流２６がさえぎられることが少なくなるため、先の実施形態よりも効果的に変形ボール１９ａの表面の洗浄を行うことができる。
【００５３】
変形ボール１９ａとパッド４３との洗浄が終了したら、先に説明した実施形態と同様、再度変形ボール１９ａをパッド４３の上にボンディングする。図６のステップＳ１０２に示すように、不着が検出されない場合には、リード４４のボンディング動作を行う。又、再度不着が検出された場合には、図６のステップＳ１０３、ステップＳ１０７、ステップＳ１０８に示すように、エラー表示を行って、ワイヤボンディング装置１０を停止させる。
【００５４】
本実施形態は、先に説明した実施形態と同様の効果に加えて、変形ボール１９ａがキャピラリ１７の先端から離れているので、キャピラリ１７によって噴流２６がさえぎられることが少なくなるため、先の実施形態よりも効果的に変形ボール１９ａの表面の洗浄を行うことができるという効果を奏する。
【００５５】
本実施形態においては、プラズマトーチ２０は、外部に設けられた円筒形状の外部電極２２と、ガス導入管２３の内に設けられた内部電極２８との間に高周波電力を通電することによってプラズマ用ガスをプラズマ化することとして説明したが、先端部２１に近いところに高周波コイルを巻回し、この高周波コイルに高周波電力を通電してプラズマ用ガスをプラズマ化するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置のボンディングアームとプラズマアームと第１クランパを示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置のプラズマトーチとプラズマ用ガス供給部と高周波電力供給部の構成を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置のボンディングを示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の不着検出手段の構成を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置のボンディング動作とリカバリー動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置のパッドへのボンディングの際のリカバリー動作の各状態を示す説明図である。
【図８】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の変形ボールとパッドとの洗浄状態を示す説明図である。
【図９】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置のリードへのボンディングの際のリカバリー動作の各状態を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置のワイヤとリードとの洗浄状態を示す説明図である。
【図１１】本発明の他の実施形態におけるワイヤボンディング装置のパッドへのボンディングの際のリカバリー動作の各状態を示す説明図である。
【図１２】本発明の他の実施形態におけるワイヤボンディング装置のワイヤ繰り出し動作を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  ワイヤボンディング装置、１４  ガイドレール、１５  ボンディングヘッド、１６  ボンディングアーム、１７  キャピラリ、１８  ワイヤ、１９  イニシャルボール、１９ａ  変形ボール、１９ｂ  圧着ボール、２０  プラズマトーチ、２０ａ  第１のプラズマトーチ、２０ｂ  第２のプラズマトーチ、２１  先端部、２２  外部電極、２３  ガス導入管、２４  ガス配管、２５  同軸ケーブル、２６  噴流、２８  内部電極、３１  プラズマアーム、３２  アーム取り付け部、３３  第１クランパ、３３ａ  可動ツメ、３３ｂ  固定ツメ、３４  第２クランパ、３５  電源装置、３５ａ，３５ｂ  出力端、３６  電圧計、４１  リードフレーム、４２  半導体チップ、４３  パッド、４４  リード、５０  ＸＹテーブル、６０  プラズマ用ガス供給部、６１  混合ボックス、６２  アルゴンガス、６３  水素ガス、６４  酸素ガス、６５  切替ボックス、６６  プラズマ用ガス供給管、７０  高周波電力供給部、７１  整合回路、７２  高周波電源、７３  高周波電力接続線、７４  高周波電力出力線、８０  制御部、９０  異物、Ｈ１，Ｈ２  距離。
【要約】
【課題】ワイヤボンディング装置において、不着を検出した際のリカバリー処理におけるボンディング品質を向上させる。
【解決手段】第１ボンド点又は第２ボンド点へのボンディング後のボンディングツール上昇中又はボンディングツールの上昇後に、不着検出手段によってワイヤと各ボンド点との間の不着を検出した際には、ボンディングツールを不着の発生したボンド点の直上まで降下させ、プラズマトーチによってボンディングツール先端のワイヤと不着の発生した各ボンド点とにプラズマ化したガスを噴出させた後、再ボンディングする。
【選択図】図６【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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