(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガス雰囲気中で、ボンディングツールに挿通したワイヤによってボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング処理部と、
不活性ガス雰囲気中で、ボンディング処理中にボンディング対象と、ボンディングツール先端のイニシャルボールとワイヤのいずれか一方又は両方と、にプラズマ化したガスを照射して、ボンディング対象と、ボンディングツール先端のイニシャルボールとワイヤのいずれか一方又は両方と、の表面処理を行うプラズマトーチと、
を有することを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のボンディング装置であって、
プラズマトーチは、ボンディング対象のボンディング面に対して傾斜して配置され、ボンディング対象と、ボンディングツール先端のイニシャルボールとワイヤのいずれか一方又は両方と、に同時にプラズマを照射すること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のボンディング装置であって、
複数のプラズマトーチを備え、各プラズマトーチはボンディングツールの中心線の周りに周方向に等間隔となるよう配置されていること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のボンディング装置であって、
内部を不活性ガス雰囲気に保持するチャンバを備え、
プラズマトーチは、チャンバに取付けられ、
ボンディング処理部は、チャンバ内でボンディング処理を行うこと、
を備えることを特徴とするボンディング装置。
【請求項５】
請求項４に記載のボンディング装置であって、
チャンバは架台に取り付けられ、
ボンディング処理部は、ボンディング対象のボンディング面に沿った方向にボンディング対象を移動させるステージと、ボンディング対象に接離する方向にボンディングツールを移動させるボンディングヘッドとを含むこと、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか１項に記載のボンディング装置であって、
ボンディング対象のボンディング面に沿った方向にボンディングツールを移動させるボンディングヘッドに取り付けられ、ボンディング対象のボンディング面に沿ってボンディングツールと共に移動し、ボンディング対象との間に供給された不活性ガスを保持して不活性ガス領域を現出する移動板を備え、
プラズマトーチは、移動板に取付けられ、不活性ガス領域にあるボンディング対象と、不活性ガス領域にあるボンディングツール先端のイニシャルボールとワイヤのいずれか一方又は両方と、にプラズマ化したガスを照射し、
ボンディング処理部は、不活性ガス領域内でボンディング処理を行うこと、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項７】
請求項６に記載のボンディング装置であって、
ボンディング対象のボンディング面とボンディング面と反対側の面とを覆う覆い板を備え、
移動板はボンディング面側の覆い板に沿ってスライドすること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項８】
請求項１から３のいずれか１項に記載のボンディング装置であって、
ボンディング装置を不活性ガス雰囲気に保持するカバーを備え、
プラズマトーチは、ボンディング対象のボンディング面に沿った方向にボンディングツールを移動させるボンディングヘッドに取付けられていること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか１項に記載のボンディング装置であって、
プラズマ化したガスは、希ガスと水素との混合ガスをプラズマ化したものであること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項１０】
請求項１から７のいずれか１項に記載のボンディング装置であって、
プラズマ化した希ガスに水素を混入する混入ノズルを備えること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項１１】
ボンディングツールに挿通したワイヤによってボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング方法であって、
不活性ガス雰囲気中で、プラズマトーチによってボンディング対象と、ボンディングツール先端のイニシャルボールとワイヤのいずれか一方又は両方と、にプラズマ化したガスを照射してボンディング対象と、ボンディングツール先端のイニシャルボールとワイヤのいずれか一方又は両方と、の表面処理を行いながらボンディング処理を行うこと、
を特徴とするボンディング方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のボンディング方法であって、
プラズマトーチによって、ボンディング対象と、ボンディングツール先端のイニシャルボールとワイヤのいずれか一方又は両方と、に同時にプラズマ化したガスを照射すること、
を特徴とするボンディング方法。
【請求項１３】
請求項１１から１２のいずれか１項に記載のボンディング方法であって、
希ガスと水素との混合ガスをプラズマ化すること、
を特徴とするボンディング方法。
【請求項１４】
請求項１１から１２のいずれか１項に記載のボンディング方法であって、
表面処理は、プラズマ化した希ガスに水素を混入して、ボンディング対象と、イニシャルボールとワイヤのいずれか一方又は両方と、に照射すること、
を特徴とするボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボンディング装置の構造及びそのボンディング装置を用いるボンディング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップの電極部のパッドと回路基板の電極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において、パッド又は電極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、パッド又は電極の表面状態がボンディング品質にとって重要となる。つまり、パッド或いは電極の金属層表面に汚染、水分或いは異物の付着があると、パッド或いは電極とワイヤとの間で良好な電気的接合を行うことができず、また機械的接合強度も弱くなってしまうという問題が発生する。そこで、ボンディング処理を行う前に、パッド或いは電極の汚染、水分或いは異物を除去する表面処理が行われることが多い。
【０００３】
従来、このような金属表面の汚染、水分或いは異物の除去を行う表面処理は、水分除去溶剤、有機物汚染除去溶剤をそれぞれ接合する金属表面に向かってスプレーした後、不活性ガス雰囲気で乾燥、除電するウェット洗浄が用いられていた。しかし、このようなウェット洗浄を行う装置は洗浄液の供給、排出、廃液処理が必要なため、装置全体が大型となってしまいワイヤボンディング装置に組み込みにくいという問題があった。
【０００４】
そこで、溶剤を用いず、ドライ状態で金属表面の洗浄を行う方法として、金属表面にプラズマを照射して洗浄を行う方法が提案されている。例えば、特許文献１には、半導体チップのパッド表面にアルゴンガスのプラズマを照射して金属表面を洗浄する方法が提案されている。また、特許文献１には、良好なボンディングを行うために、ワイヤをスパークによってボールに成形する際にスパーク電圧や電流を調整して結晶粒を大径化させ、ボールを軟らかくしてから半導体チップのパッドに押圧して接合する方法が提案されている。この方法はボールを軟らかくすることによって、パッドに押圧した際のボールの変形を大きくし、変形によってボール形成の際にボール表面に形成される酸化膜や付着物による殻を破り、金属の新生面を露出させ、その新生面を洗浄されたパッド表面に押圧することによって良好なボンディングを行うものである。
【０００５】
また、特許文献２には、半導体チップをリードフレームあるいは基板にフリップチップ実装する際に、リードフレームあるいは基板の表面の電極にアルゴンガスのプラズマを照射して洗浄を行うと共に、半導体チップの電極上に形成されたスタッドバンプの表面にレーザーを照射し、スタッドバンプの結晶粒を大径化してスタッドバンプを軟らかくし、スタッドバンプを電極に押圧する方法が提案されている。この方法は、スタッドバンプがリードフレーム或いは基板の電極に押圧された際の変形を大きくし、この変形によってスタッドバンプ表面の酸化膜や付着物による殻を破り金属の新生面を露出させ、その新生面を洗浄されたパッド表面に押圧することによって良好なボンディングを行おうとするものである。
【０００６】
また、特許文献３には、マイクロアークによってキャピラリ先端に延出したワイヤをボールに成形し、ボールが溶融状態のままパッドにボンディングすることによって超音波を使わずに少ない荷重でワイヤをパッドにボンディングする方法、及び電極の金属表面にアルゴンのマイクロプラズマアークを照射して金属表面の洗浄を行った後、電極にワイヤをボンディングする方法が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３３２１５２号公報
【特許文献２】特開２００６−３３２１５１号公報
【特許文献３】特開２００１−６８５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１又は２に記載された従来技術は、ボール又はスタッドバンプを軟らかくし、ボール又はスタッドバンプが電極面に押し付けられる際に表面の酸化膜や付着物の殻が破れるようにして金属の新生面が電極面に接触できるようにすることにより良好なボンディングを行おうとする方法であり、表面の酸化膜或いは付着物を除去するものではない。このため、特許文献１又は２に記載された従来技術では、ボール又はスタッドバンプ表面の酸化膜や付着物の殻はボンディングの際に金属表面とボール或いはスタッドバンプとの間に挟まれてしまい、良好な接合を行うことができない場合がある。
【０００９】
また、特許文献１から３に記載された従来技術では、半導体チップのパッド、リードフレーム又は基板の電極の表面についてはプラズマ照射によって洗浄が行えるものの、パッド或いは電極にボンディングされるボール又はワイヤの洗浄が行えず、ボール又はワイヤ表面の付着物によって良好な接合ができない場合がある。
【００１０】
更に、特許文献１から３に記載された従来技術では、パッド或いは電極表面の洗浄とボンディングとを別の工程によって行うので、パッド又は電極の洗浄後、ボンディングまでの間に異物が再付着したり、パッド又は電極の表面が再汚染されたりすることによって良好なボンディングを行うことができない場合があった。
【００１１】
本発明は、ボンディング処理中にボンディング対象と、イニシャルボール、ワイヤ双方と、の表面処理を効果的に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のボンディング装置は、不活性ガス雰囲気中で、ボンディングツールに挿通したワイヤによってボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング処理部と、不活性ガス雰囲気中で、ボンディング処理中にボンディング対象と、ボンディングツール先端のイニシャルボールとワイヤのいずれか一方又は両方と、にプラズマ化したガスを照射して、ボンディング対象と、ボンディングツール先端のイニシャルボールとワイヤのいずれか一方又は両方と、の表面処理を行うプラズマトーチと、を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明のボンディング装置において、プラズマトーチは、ボンディング対象のボンディング面に対して傾斜して配置され、ボンディング対象と、ボンディングツール先端のイニシャルボールとワイヤのいずれか一方又は両方と、に同時にプラズマを照射すること、としても好適であるし、複数のプラズマトーチを備え、各プラズマトーチはボンディングツールの中心線の周りに周方向に等間隔となるよう配置されていること、としても好適である。
【００１４】
本発明のボンディング装置において、内部を不活性ガス雰囲気に保持するチャンバを備え、プラズマトーチは、チャンバに取付けられ、ボンディング処理部は、チャンバ内でボンディング処理を行うこと、としても好適であるし、チャンバは架台に取り付けられ、ボンディング処理部は、ボンディング対象のボンディング面に沿った方向にボンディング対象を移動させるステージと、ボンディング対象に接離する方向にボンディングツールを移動させるボンディングヘッドとを含むこと、としても好適である。
【００１５】
本発明のボンディング装置において、ボンディング対象のボンディング面に沿った方向にボンディングツールを移動させるボンディングヘッドに取り付けられ、ボンディング対象のボンディング面に沿ってボンディングツールと共に移動し、ボンディング対象との間に供給された不活性ガスを保持して不活性ガス領域を現出する移動板を備え、プラズマトーチは、移動板に取付けられ、不活性ガス領域にあるボンディング対象と、不活性ガス領域にあるボンディングツール先端のイニシャルボールとワイヤのいずれか一方又は両方と、にプラズマ化したガスを照射し、ボンディング処理部は、不活性ガス領域内でボンディング処理を行うこと、としても好適であるし、ボンディング対象のボンディング面とボンディング面と反対側の面とを覆う覆い板を備え、移動板はボンディング面側の覆い板に沿ってスライドすること、としても好適である。
【００１６】
本発明のボンディング装置において、ボンディング装置を不活性ガス雰囲気に保持するカバーを備え、プラズマトーチは、ボンディング対象のボンディング面に沿った方向にボンディングツールを移動させるボンディングヘッドに取付けられていること、としても好適であるし、プラズマ化したガスは、希ガスと水素との混合ガスをプラズマ化したものであること、としても好適であるし、プラズマ化した希ガスに水素を混入する混入ノズルを備えること、としても好適である。
【００１７】
本発明のボンディング方法は、ボンディングツールに挿通したワイヤによってボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング方法であって、不活性ガス雰囲気中で、プラズマトーチによってボンディング対象と、ボンディングツール先端のイニシャルボールとワイヤのいずれか一方又は両方と、にプラズマ化したガスを照射してボンディング対象と、ボンディングツール先端のイニシャルボールとワイヤのいずれか一方又は両方と、の表面処理を行いながらボンディング処理を行うこと、を特徴とする。
【００１８】
本発明のボンディング方法において、プラズマトーチによって、ボンディング対象と、ボンディングツール先端のイニシャルボールとワイヤのいずれか一方又は両方と、に同時にプラズマ化したガスを照射すること、としても好適であるし、希ガスと水素との混合ガスをプラズマ化すること、としても好適であるし、表面処理は、プラズマ化した希ガスに水素を混入して、ボンディング対象と、イニシャルボールとワイヤのいずれか一方又は両方と、に照射すること、としても好適である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、ボンディング処理中にボンディング対象と、イニシャルボール、ワイヤ双方と、の表面処理を効果的に行う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】
【００２０】
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、本実施形態のボンディング装置１０は、架台１１と、架台１１の上に取り付けられたボンディングステージ１３と、ボンディング対象である表面に半導体チップ４２が取り付けられた基板４１を図中のＸ方向に向けて搬送する搬送路１４と、ボンディングツールであるキャピラリ１７と、キャピラリ１７が取り付けられたボンディングアーム１６と、架台１１に固定され、ボンディングアーム１６を駆動するボンディングヘッド１５と、架台１１に取り付けられ、ボンディングステージ１３と搬送路１４とを囲むチャンバ１２と、チャンバ１２に取り付けられた２つのプラズマトーチ２０と、各プラズマトーチ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、各プラズマトーチ２０にプラズマ発生用の高周波電力を供給する高周波電力供給部７０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と搬送路１４とボンディングステージ１３が接続され、各要素を一体として制御する制御部８０と、図２に示すように、搬送路１４に半導体チップ４２が表面に取り付けられた基板４１を供給する供給スタック５３と、ボンディングステージ１３でボンディング処理の終了した基板４１をストックする製品スタック５４を備えている。
【００２１】
ボンディングステージ１３は、ボンディングを行うボンディング面の表面に基板４１を固定する真空吸着孔を備え、図示しない真空装置によって真空吸着孔を真空とすることによってボンディング面に基板４１を吸着固定する。また、図１に示すようにボンディングステージ１３は、ＸＹ方向駆動機構によって基板４１のボンディング面に沿って図中のＸＹ方向に移動するよう構成されている。搬送路１４は、搬送方向の両側で基板４１を支持し、図２に示す供給スタック５３から製品スタック５４に向かって図中のＸ方向に基板４１を搬送すると共に、図１に示すように、搬送路１４の途中にあるボンディングステージ１３に基板４１を移動させ、或いはボンディングステージ１３から製品スタック５４に基板４１を搬送する。
【００２２】
ボンディングヘッド１５は、内部にボンディングアーム１６を揺動駆動して、ボンディングアーム１６の先端をボンディングステージ１３に吸着固定された基板４１の接離方向であるＺ方向に駆動するＺ方向モータが設けられている。ボンディングアーム１６のボンディングステージ１３に向かう先端にはボンディングツールであるキャピラリ１７が取り付けられている。キャピラリ１７の先端側は先端に向かって細くなるテーパ形状で、根元側は円筒形状であり、円筒部分でボンディングアーム１６に取り付けられている。キャピラリ１７は、その中心に貫通孔を有し、貫通孔には金製の細線であるワイヤ１８が挿通されている。キャピラリ１７の先端から延出したワイヤ１８の先端にはスパーク等によってイニシャルボール１９が形成される。ボンディングヘッド１５とボンディングアーム１６とキャピラリ１７とボンディングステージ１３とは基板４１と基板４１に取り付けられた半導体チップ４２との間をワイヤ１８で接続するボンディング処理部１００を構成する。
【００２３】
図１及び図２に示すようにチャンバ１２は、架台１１に取り付けられ、ボンディングステージ１３と搬送路１４とを囲む箱形形状で、供給スタック５３からチャンバ１２内部の搬送路１４に供給される基板４１が入る側の側板には入口スロット５１が設けられ、チャンバ１２の搬送路１４からボンディング処理の終了した製品を製品スタック５４に排出する側の側板には出口スロット５２が設けられている。また、チャンバ１２のボンディングステージ１３を囲む上面板１２ａは、ボンディングステージ１３とボンディングアーム１６との間に設けられ、上面板１２ａにはボンディングアーム１６に取り付けられたキャピラリ１７が貫通するキャピラリ用孔５５が設けられている。
【００２４】
図１及び図２に示すように、チャンバ１２の上面板１２ａには、キャピラリ用孔５５の両側に対向するように２つのプラズマトーチ固定部２９が取り付けられている。２つのプラズマトーチ２０は上面板１２ａを貫通するようにプラズマトーチ固定部２９に取り付けられ、基板４１と半導体チップ４２のボンディング面に対して傾斜し、キャピラリ用孔５５と同軸にあるキャピラリ１７の中心線に対して線対称となるように配置されている。プラズマトーチ２０が２つよりも多い場合には各プラズマトーチ２０はキャピラリ１７の中心線の周囲に周方向に等間隔となるよう配置されていればよい。各プラズマトーチ２０のプラズマ化したガスが噴出する先端部２１はチャンバ１２内部に位置するキャピラリ１７先端に成形されたイニシャルボール１９に向かうとともに、基板４１あるいは半導体チップ４２に向かうように取り付けられ、キャピラリ１７の先端のイニシャルボール１９及び基板４１又は半導体チップ４２の表面に同時にプラズマ化したガスを照射できるよう構成されている。また、プラズマトーチ２０は、プラズマガス発生用の高周波電力が供給される外部電極２２と、プラズマ用ガスが導入されるガス導入管２３とを備えている。ガス導入管２３はチャンバ１２の上面のプラズマトーチ固定部２９に接続され、プラズマトーチ固定部２９に接続されたガス配管２４によってプラズマ用ガス供給部６０に接続され、外部電極２２は上面板１２ａを貫通する電線２５によって高周波電力供給部７０に接続されている。
【００２５】
チャンバ１２には図示しない不活性ガス供給装置が接続され、チャンバ１２内に不活性ガスを供給している。不活性ガスとしては、窒素などが用いられる。チャンバ１２内に供給された不活性ガスは入口スロット５１、出口スロット５２或いはキャピラリ用孔５５から流出し、これらの開口部から外気がチャンバ１２内に浸入することを防止し、チャンバ１２の内部を不活性ガス雰囲気に保持する。また、入口、出口スロット５１，５２に蓋を取り付けて不活性ガスの流出を抑制するよう構成しても良い。
【００２６】
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、還元処理用ガスを希ガスに混合するための混合ボックス６１と、希ガス源としてのアルゴンガスが充填されたアルゴンガスボンベ６２と還元処理用の水素ガスが充填された水素ガスボンベ６３と各ガスボンベ６２，６３と混合ボックス６１とを接続する接続配管６４，６５とプラズマ用ガスを供給するプラズマ用ガス供給管６６とを備えている。プラズマ用ガス供給管６６はガス配管２４によってガス導入管２３に接続されている。本実施形態では、希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、窒素ガスなどを用いてもよい。
【００２７】
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ＬＣＲ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を通って電線２５に出力される。
【００２８】
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。
【００２９】
図４に示すように、キャピラリ１７の先端にイニシャルボール１９が形成され、キャピラリ１７が１次ボンディングしようとするパッド４３の上に位置している場合、２つのプラズマトーチ２０の各先端部２１から同様の速度で噴出したプラズマ化したガスの各噴流２６は、まずキャピラリ１７先端のイニシャルボール１９の向かって斜め下方向に向かって噴出し、イニシャルボール１９に当たった後、キャピラリ１７の中心線付近で互いにぶつかり、各プラズマトーチ２０からキャピラリ１７の中心線に向かう方向の速度は相殺されパッド４３に向かう下向きの速度成分のみが残る。そして、混合した噴流２６はパッド４３に向かって下方向に流れてパッド４３の表面に当たりパッド４３表面の処理を行う。このため、プラズマトーチ２０によってプラズマ化したガスを噴出させると、パッド４３とキャピラリ１７の先端のイニシャルボール１９との間の距離が大きい場合でもパッド４３とキャピラリ１７の先端のイニシャルボール１９とを同時に表面処理することができる。また、キャピラリ１７の先端にワイヤ１８が延出している場合であっても同様にパッド４３とワイヤ１８との表面処理を同時に行うことができる。
【００３０】
図４を参照して、キャピラリ１７がパッド４３の上にある状態について説明したが、キャピラリ１７が２次ボンディングをしようとする電極４４の上に位置している場合には、プラズマトーチ２０によってプラズマ化したガスを噴出させると電極４４とキャピラリ１７の先端に延出したワイヤ１８とを同時に表面処理することができる。
【００３１】
また、プラズマトーチ２０が２本よりも多い場合でも、各プラズマトーチ２０はキャピラリ１７の中心線の回りに周方向に等間隔となるよう配置されていれば、各プラズマトーチ２０から同様の速度で斜め下方向に噴出したプラズマ化したガスは、キャピラリ１７の中心線付近で互いにぶつかり、各噴流２６のキャピラリ１７の中心線に向かう方向の速度は互いに相殺されてパッド４３に向かう下向きの速度成分のみが残るので、混合した噴流２６はパッド４３に向かって下向きに流れ、パッド４３の表面に当たる。
【００３２】
本実施形態では、プラズマ化したガスの各噴流２６は、キャピラリ１７先端のイニシャルボール１９の向かって斜め下方向に向かって噴出した後、混合してパッド４３あるいは電極４４に向かうものとして説明したが、イニシャルボール１９の位置が低く、パッド４３或いは電極４４とイニシャルボール１９との距離が短い場合には、各プラズマトーチ２０からの噴流２６がそれぞれ直接イニシャルボール１９とパッド４３或いは電極４４に当たるように構成してもよい。
【００３３】
以上のように構成されたボンディング装置１０によって基板４１、半導体チップ４２の各表面のパッド４３、電極４４、イニシャルボール１９、ワイヤ１８の表面処理とボンディング処理とについて説明する。
【００３４】
図２に示すように、供給スタック５３にストックされている基板４１は入口スロット５１から搬送路１４に供給される。基板４１には前の工程で半導体チップ４２が取り付けられている。制御部８０は搬送路１４によって基板４１を不活性ガス雰囲気に保持されたチャンバ１２の内部に導入し、ボンディングステージ１３の上に搬送し、ボンディングステージ１３の真空吸着孔を真空として基板４１をボンディングステージ１３のボンディング面に吸着固定する。また、制御部８０は、図示しないスパーク装置によってキャピラリ１７の先端から延出するワイヤ１８をイニシャルボール１９に成形する。
【００３５】
基板４１を吸着したボンディングステージ１３は、制御部８０の指令によって、１次ボンディングしようとするパッド４３の上にキャピラリ１７の中心が来るようにＸＹ方向に移動する。そして、パッド４３の位置がキャピラリ１７の中心位置になったら、制御部８０は、ボンディングステージ１３のＸＹ方向の移動を停止し、ボンディングヘッド１５のＺ方向モータを駆動してボンディングアーム１６を下動させ、キャピラリ１７の先端に形成したイニシャルボール１９を不活性ガス雰囲気に保持されているチャンバ１２の内部であって、プラズマトーチ２０から噴出したプラズマ化したガスが当たる位置に調整する。
【００３６】
図５に示すように、イニシャルボール１９の高さ、及びＸＹ方向の位置調整が終了したら、制御部８０は、２つのプラズマトーチ２０にプラズマ用ガス供給部６０からプラズマ用ガスを供給すると共に、外部電極２２に高周波電力供給部７０から高周波電力を供給し、各プラズマトーチ２０の内部でプラズマ用ガスをプラズマ化し、プラズマ化したガスをイニシャルボール１９の側面に向かって同様の速度で噴出させる。先に説明したように、２つのプラズマトーチ２０の各先端部２１から同様の速度で噴出したプラズマ化したガスの各噴流２６は、まずキャピラリ１７先端のイニシャルボール１９に向かって斜め下方向に向かって噴出し、イニシャルボール１９に当たった後、キャピラリ１７の中心線付近で互いにぶつかり、混合してパッド４３に向かって下方向に流れていく。そして、混合した噴流２６はパッド４３の表面に当たり、パッド４３の表面処理を行う。
【００３７】
プラズマ化したガスはチャンバ１２内部の不活性ガス雰囲気の中でイニシャルボール１９の表面に２方向から照射され、イニシャルボール１９表面の汚染、水分或いは異物を除去し、清浄表面とする。また、プラズマ用ガスには還元ガスとしての水素が混合されているので、スパークによってイニシャルボール１９を成形した際に表面に成形された酸化膜の除去も同時に行う。更に、プラズマ化したガスの噴流２６はパッド４３の表面にも当たるので、パッド４３表面の汚染、水分或いは異物を除去し、清浄表面とすると共に、パッド４３の表面にある金属酸化膜の除去も行う。
【００３８】
上記の表面処理は不活性ガス雰囲気に保持されたチャンバ１２の内部で行われているため、プラズマ化したガスの照射によって表面処理したパッド４３の表面やイニシャルボール１９の表面は清浄な状態を保っている。また、プラズマ化したガスを照射することによって金属表面が活性化され、接合しやすい状態となっている。
【００３９】
所定の時間だけプラズマトーチ２０からプラズマ化したガスの照射を行うと、制御部８０は、図６に示すようにボンディングを開始する。制御部８０はボンディングヘッド１５のＺ方向モータを駆動してボンディングアーム１６を下動させ、キャピラリ１７をボンディングステージ１３に向けて降下させる。そして、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に押し付けられると変形して圧着ボール１９ａとなってワイヤ１８とパッド４３の接合が行われる。この接合は、不活性ガスの雰囲気を保持しているチャンバ１２の中で行われ、パッド４３とイニシャルボール１９の各表面が清浄で活性のある状態で行われるので、超音波加振或いはパッド４３の加熱を用いなくとも良好なボンディングを行うことができる。このボンディング中、プラズマトーチ２０からはプラズマ化したガスが連続してパッド４３及びイニシャルボール１９に照射されているので、パッド４３とイニシャルボール１９の表面は接合させる直前まで清浄で活性の有る表面状態を保つことができ、接合をより良好に行うことができる。
【００４０】
図７に示す様に、パッド４３へのイニシャルボール１９のボンディングが終了したら、制御部８０は、ボンディングヘッド１５のＺ方向モータを駆動してキャピラリ１７の先端からワイヤ１８を繰り出しながらキャピラリ１７をルーピング高さまで上昇させる。このワイヤ繰り出しの間も、制御部８０は、各プラズマトーチ２０からプラズマ化したガスを繰り出したワイヤ１８に向かって照射し、繰り出されたワイヤ１８の表面を連続して処理する。これによって、ワイヤ１８のどの部分も清浄で活性の有る状態に保つことができる。
【００４１】
図８に示す様に、キャピラリ１７がルーピング高さまで上昇したら、制御部８０は、キャピラリ１７の先端からワイヤ１８を繰り出しながらボンディングステージ１３をＸＹ方向に移動させ、２次ボンディングしようとする電極４４の上にキャピラリ１７の中心が来るようにワイヤ１８をルーピングする。ルーピングの際、キャピラリ１７の先端に繰り出されたワイヤ１８はプラズマトーチ２０から同様の速度で連続して噴出するプラズマ化したガスによって連続的に洗浄、表面処理される。また、ルーピングによってキャピラリ１７の中心が２次ボンディングしようとする電極４４の上に移動すると、２つのプラズマトーチ２０から噴出したプラズマ化したガスの噴流２６は、キャピラリ１７の中心位置に有る電極４４に向かって流れていくため、電極４４の表面処理を行うことができる。
【００４２】
図９に示すように、キャピラリ１７の中心が２次ボンディングしようとする電極４４の上に来ると、制御部８０は、ボンディングステージ１３の移動を停止し、ボンディングヘッド１５のＺ方向モータを駆動してボンディングアーム１６を下動させ、キャピラリ１７をボンディングステージ１３に向けて降下させてキャピラリ１７の先端に繰り出したワイヤ１８を電極４４に押し付けてワイヤ１８と電極４４を接合する。この接合は、不活性ガスの雰囲気を保持しているチャンバ１２の中で行われ、接合の直前まで電極４４及びワイヤ１８にはプラズマ化したガスが当たっているので、電極４４とワイヤ１８双方の各表面が清浄で活性のある状態を保った状態で行われる。このため、超音波加振或いはパッド４３の加熱を用いなくとも良好なボンディングを行うことができる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態のボンディング装置１０は、不活性ガス雰囲気のチャンバ１２の中で２つのプラズマトーチ２０によってパッド４３とイニシャルボール１９との表面処理を行いながらパッド４３にイニシャルボール１９を押し付けて接合するので、パッド４３、イニシャルボール１９双方の表面が清浄で活性のある状態でボンディングすることができる。また、不活性ガス雰囲気のチャンバ１２の中で２つのプラズマトーチ２０によって繰り出したワイヤ１８と電極４４との表面処理を行いながら電極４４に繰り出したワイヤ１８を押し付けて接合するので、電極４４、ワイヤ１８双方の表面が清浄で活性のある状態でボンディングすることができる。このことによって、本実施形態のボンディング装置１０はイニシャルボール１９、ワイヤ１８とパッド４３、電極４４とをそれぞれ良好に接合することができるという効果を奏する。また、接合は清浄で活性のある表面同士の接合となるので、超音波加振や加熱を行わなくとも良好な接合をすることができることから、超音波振動や加熱によって半導体チップ４２の受けるダメージを抑制することができるという効果を奏する。
【００４４】
また、本実施形態のボンディング装置１０では、プラズマ用ガスに還元ガスである水素ガスを混合しているので、プラズマ化したガスを照射することによって表面の汚染、水分或いは異物の除去に加えて表面の酸化皮膜の除去も同時に行うことができるという効果を奏する。
【００４５】
以上述べたように、本実施形態のボンディング装置１０は、ボンディング処理中にボンディング対象及びワイヤ双方の表面処理を効果的に行うことができ、良好な接合を行うことができるという効果を奏する。
【００４６】
本発明の他の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１から図９を参照して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。
【００４７】
図１０に示すように、本発明の他の実施形態のボンディング装置１１０は、架台１１と、架台１１の上に固定されたボンディングステージ１３と、ボンディング対象である表面に半導体チップ４２が取り付けられた基板４１を図中のＸ方向に向けて搬送する搬送路１４と、ボンディングツールであるキャピラリ１７と、キャピラリ１７が取り付けられたボンディングアーム１６と、架台１１に取り付けられたＸＹステージ５８の上に取り付けられ、ボンディングアーム１６を駆動するボンディングヘッド１５と、ボンディングヘッド１５に取付アーム５６を介して取り付けられた移動板５７と、移動板５７に取り付けられた２つのプラズマトーチ２０と、各プラズマトーチ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、各プラズマトーチ２０にプラズマ発生用の高周波電力を供給する高周波電力供給部７０と、ボンディングヘッド１５とＸＹステージ５８とプラズマ用ガス供給部６０と高周波電力供給部７０と搬送路１４とが接続され、各要素を一体として制御する制御部８０とを備えている。また、先に説明した実施形態と同様、搬送路１４に接続され、半導体チップ４２が表面に取り付けられた基板４１を供給する図示しない供給スタックと、搬送路１４に接続されボンディングステージ１３でボンディング処理の終了した基板４１をストックする図示しない製品スタックとを備えている。
【００４８】
ボンディングヘッド１５とボンディングアーム１６とキャピラリ１７とボンディングステージ１３とＸＹステージ５８は基板４１と基板４１に取り付けられた半導体チップ４２との間をワイヤ１８で接続するボンディング処理部１００を構成する。
【００４９】
図１０に示すように、搬送路１４は、基板４１がスライドする溝１４ｃを有する２本の溝型レール１４ｅを各溝１４ｃが対向するように架台１１に固定し、ボンディングステージ１３とボンディングアーム１６との間にある溝型レール１４ｅのボンディング面側のフランジには上側覆い板１４ａが設けられ、ボンディング面と反対側の面には下側覆い板１４ｄが設けられている。上側覆い板１４ａと下側覆い板１４ｄは両側の溝型レール１４ｅと共に四角筒状領域５９を形成する。
【００５０】
図１０及び図１１に示すように、上側覆い板１４ａのボンディングステージ１３の位置にはボンディングステージ１３に吸着される基板４１に取り付けられた半導体チップ４２及び半導体チップ４２の周囲に設けられた電極４４を含む範囲の大きさの開口１４ｂが設けられている。そして、上側覆い板１４ａのボンディングアーム１６側の表面には移動板５７がスライド移動できるように配置されている。移動板５７は中央にキャピラリ１７が貫通するキャピラリ用孔５５が設けられ、ボンディングヘッド１５に取付アーム５６によって取り付けられており、ボンディングヘッド１５のＸＹ方向の移動に伴って移動する。移動板５７は、キャピラリ用孔５５が上側覆い板１４ａの開口１４ｂの端部に位置するように移動した場合でも開口１４ｂを塞ぐことが出来る大きさで、開口１４ｂの略２倍の大きさとなっている。下側覆い板１４ｄはボンディングステージ１３の側面に接している。
【００５１】
移動板５７のボンディングアーム１６側の面には、キャピラリ用孔５５の両側に対向するように２つのプラズマトーチ固定部２９が取り付けられている。２つのプラズマトーチ２０は、それぞれ上側覆い板１４ａを貫通して各プラズマトーチ固定部２９に取り付けられ、基板４１と半導体チップ４２のボンディング面に対して傾斜し、キャピラリ用孔５５と同軸にあるキャピラリ１７の中心線に対して線対称となるように配置されている。各プラズマトーチ２０のプラズマ化したガスが噴出する先端部２１は四角筒状領域５９に位置するキャピラリ１７の先端に成形されたイニシャルボール１９に向かうとともに、基板４１あるいは半導体チップ４２に向かうように取り付けられ、キャピラリ１７の先端のイニシャルボール１９及び基板４１又は半導体チップ４２の表面に同時にプラズマ化したガスを照射できるよう構成されている。プラズマトーチ２０の構成は先に説明した実施形態と同様、プラズマガス発生用の高周波電力が供給される外部電極２２と、プラズマ用ガスが導入されるガス導入管２３とを備え、ガス導入管２３は移動板５７上面のプラズマトーチ固定部２９に接続され、プラズマトーチ固定部２９に接続されたガス配管２４によってプラズマ用ガス供給部６０に接続され、外部電極２２は上面板１２ａを貫通する電線２５によって高周波電力供給部７０に接続されている。
【００５２】
プラズマトーチ２０、プラズマ用ガス供給部６０、高周波電力供給部７０の構成は先に説明した実施形態と同様である。
【００５３】
上側覆い板１４ａと下側覆い板１４ｄと両側の溝型レール１４ｅによって形成される四角筒状領域５９には図示しない不活性ガス供給装置が接続され、四角筒状領域５９内に不活性ガスを供給している。不活性ガスとしては、窒素などが用いられる。四角筒状領域５９内に供給された不活性ガスは四角筒状領域５９の基板４１の搬送方向の前後の開口或いはキャピラリ用孔５５から流出し、これらの開口部から外気が四角筒状領域５９内に浸入することを防止する。これによって、四角筒状領域５９の内部は不活性ガス雰囲気に保持すされる。また、搬送方向前後の開口に蓋を取り付けて不活性ガスの流出を抑制するよう構成しても良い。
【００５４】
以上のように構成されたボンディング装置１１０によって基板４１、半導体チップ４２の各表面のパッド４３、電極４４、イニシャルボール１９、ワイヤ１８の表面処理とボンディング処理とについて説明する。
【００５５】
図１１に示すように、制御部８０は搬送路１４によって基板４１を不活性ガス雰囲気に保持された四角筒状領域５９の内部にあるボンディングステージ１３の上に搬送し、ボンディングステージ１３の真空吸着孔を真空として基板４１をボンディングステージ１３のボンディング面に吸着固定する。また、制御部８０は、図示しないスパーク装置によってキャピラリ１７の先端から延出するワイヤ１８をイニシャルボール１９に成形する。
【００５６】
制御部８０は、ＸＹステージ５８によってボンディングヘッド１５をボンディング面に沿ったＸＹ方向に移動させ、１次ボンディングしようとするパッド４３の上にキャピラリ１７の中心が来るように調整する。この際、移動板５７はボンディングヘッド１５のＸＹ方向の移動に伴って上側覆い板１４ａの表面をＸＹ方向にスライド移動する。この移動中、上側覆い板１４ａの開口１４ｂは移動板５７によって覆われ、開口１４ｂからの不活性ガスの流出が抑制され、四角筒状領域５９は不活性ガスの雰囲気に保持される。移動によって移動板５７のキャピラリ用孔５５とキャピラリ１７の中心との相対位置関係は変化せず、キャピラリ１７の中心とキャピラリ用孔５５の中心とは同軸にある。そして、パッド４３の位置がキャピラリ１７の中心位置になったら、制御部８０は、ＸＹステージ５８によるボンディングヘッド１５のＸＹ方向の移動を停止し、ボンディングヘッド１５のＺ方向モータを駆動してボンディングアーム１６を下動させ、キャピラリ１７の先端に形成したイニシャルボール１９を不活性ガス雰囲気に保持されている四角筒状領域５９の内部であって、プラズマトーチ２０から噴出したプラズマ化したガスが当たる位置に調整する。
【００５７】
図１１に示すように、イニシャルボール１９の高さ、及びＸＹ方向の位置調整が終了したら、制御部８０は、プラズマ化したガスをイニシャルボール１９の側面に向かって噴出させる。先に説明したように、２つのプラズマトーチ２０の各先端部２１から同様の速度で噴出したプラズマ化したガスの各噴流２６は、まずキャピラリ１７先端のイニシャルボール１９に向かって斜め下方向に向かって噴出し、イニシャルボール１９に当たった後、キャピラリ１７の中心線付近で互いにぶつかり、混合してパッド４３に向かって下方向に流れていく。そして、混合した噴流２６はパッド４３の表面に当たり、パッド４３の表面処理を行う。
【００５８】
プラズマ化したガスは四角筒状領域５９内部の不活性ガス雰囲気の中でイニシャルボール１９の表面に２方向から照射され、イニシャルボール１９表面の汚染、水分或いは異物を除去し、清浄表面とする。また、プラズマ用ガスには還元ガスとしての水素が混合されているので、スパークによってイニシャルボール１９を成形した際に表面に成形された酸化膜の除去も同時に行う。更に、プラズマ化したガスの噴流２６はパッド４３の表面にも当たるので、パッド４３表面の汚染、水分或いは異物を除去し、清浄表面とすると共に、パッド４３の表面にある金属酸化膜の除去も行う。
【００５９】
上記の表面処理は不活性ガス雰囲気に保持された四角筒状領域５９の内部で行われているため、プラズマ化したガスの照射によって表面処理したパッド４３の表面やイニシャルボール１９の表面は清浄な状態を保っている。また、プラズマ化したガスを照射することによって金属表面が活性化され、接合しやすい状態となっている。
【００６０】
制御部８０は、プラズマ化したガスをパッド４３及びイニシャルボール１９に照射しながらボンディングヘッド１５のＺ方向モータを駆動してボンディングアーム１６を下動させ、キャピラリ１７をボンディングステージ１３に向けて降下させる。そして、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に押し付けられると変形して図１２に示す圧着ボール１９ａとなってワイヤ１８とパッド４３の接合が行われる。この接合は、不活性ガス雰囲気に保持されている四角筒状領域５９の内部でプラズマ化したガスをパッド４３及びイニシャルボール１９に照射しながら行われるので、各金属表面は清浄で活性のある状態を保ったまま接合され、超音波加振或いはパッド４３の加熱を用いなくとも良好なボンディングを行うことができる。
【００６１】
図１２に示す様に、パッド４３へのイニシャルボール１９のボンディングが終了したら、制御部８０は、プラズマトーチ２０の先端部２１からプラズマ化したガスを噴出させながら、キャピラリ１７を上昇させて、ＸＹステージ５８によってボンディングヘッド１５をＸＹ方向に駆動し、キャピラリ１７の中心が２次ボンディングをしようとする電極４４の上に来るようルーピングする。
【００６２】
図１２に示すように、制御部８０は、キャピラリ１７の中心が２次ボンディングしようとする電極４４の上に来ると、ボンディングヘッド１５のＺ方向モータによってボンディングアーム１６を降下させ、キャピラリ１７の先端を電極４４に押し付けてワイヤ１８を電極４４に接合する。ルーピングの際には、ボンディングヘッド１５のＸＹ方向の移動に伴って移動板５７は上側覆い板１４ａの表面をスライドして移動し、上側覆い板１４ａの開口１４ｂを覆い、開口１４ｂからの不活性ガスの流出を抑制し、四角筒状領域５９を不活性ガスの雰囲気に保持する。
【００６３】
以上説明した本実施形態のボンディング装置１１０は、先に説明した実施形態と同様、不活性ガス雰囲気の四角筒状領域５９の中で２つのプラズマトーチ２０によってパッド４３とイニシャルボール１９との表面処理を行いながらパッド４３にイニシャルボール１９を押し付けて接合するので、パッド４３、イニシャルボール１９双方の表面が清浄で活性のある状態でボンディングすることができる。また、不活性ガス雰囲気の四角筒状領域５９の中で２つのプラズマトーチ２０によって繰り出したワイヤ１８と電極４４との表面処理を行いながら電極４４に繰り出したワイヤ１８を押し付けて接合するので、電極４４、ワイヤ１８双方の表面が清浄で活性のある状態でボンディングすることができる。このことによって、本実施形態のボンディング装置１１０はイニシャルボール１９、ワイヤ１８とパッド４３、電極４４とをそれぞれ良好に接合することができるという効果を奏する。また、接合は清浄で活性のある表面同士の接合となるので、超音波加振や加熱を行わなくとも良好な接合をすることができることから、超音波振動や加熱によって半導体チップ４２の受けるダメージを抑制することができるという効果を奏する。
【００６４】
また、本実施形態のボンディング装置１１０も先に説明した実施形態同様、プラズマ用ガスに還元ガスである水素ガスを混合しているので、プラズマ化したガスを照射することによって表面の汚染、水分或いは異物の除去に加えて表面の酸化皮膜の除去も同時に行うことができるという効果を奏する。
【００６５】
本実施形態のボンディング装置１１０においては、搬送路１４の溝型レール１４ｅの上面、下面に各覆い板１４ａ，１４ｄを取付けることとして内部が不活性ガス雰囲気に保持される四角筒状領域５９を構成することとして説明したが、内部が不活性ガス雰囲気に保持され、ボンディング面とボンディングアーム１６との間に移動板５７がスライドすることができる面が構成されていれば、各覆い板は搬送路１４の溝型レール１４ｅとは別個に設けられるように構成してもよい。
【００６６】
また、半導体チップ４２が取付けられた基板４１が十分大きく、基板４１のボンディング面側と移動板５７の間に不活性ガス領域を現出できるならば、上側覆い板１４ａ，下側覆い板１４ｄは設けなくともよい。この場合、不活性ガスは、不活性ガス供給装置から基板４１と移動板５７との間に供給される。
【００６７】
以下、図１３を参照しながら本発明の他の実施形態のボンディング装置１２０について説明する。先に図１０から図１２を参照して説明した実施形態と同様の部分については同様の符号を付して説明は省略する。
【００６８】
本実施形態のボンディング装置１２０は、架台１１と、架台１１の上に固定されたボンディングステージ１３と、ボンディング対象である表面に半導体チップ４２が取り付けられた基板４１を図中のＸ方向に向けて搬送する搬送路１４と、ボンディングツールであるキャピラリ１７と、キャピラリ１７が取り付けられたボンディングアーム１６と、架台１１に取り付けられたＸＹステージ５８の上に取り付けられ、ボンディングアーム１６を駆動するボンディングヘッド１５と、ボンディングヘッド１５に２本の取付アーム５６を介してそれぞれ取り付けられたプラズマトーチ固定部２９と、２つのプラズマトーチ固定部２９にそれぞれ取付けられた２つのプラズマトーチ２０と、各プラズマトーチ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、各プラズマトーチ２０にプラズマ発生用の高周波電力を供給する高周波電力供給部７０と、ボンディングヘッド１５とＸＹステージ５８とプラズマ用ガス供給部６０と高周波電力供給部７０と搬送路１４とが接続され、各要素を一体として制御する制御部８０とを備えている。
【００６９】
ボンディングヘッド１５とボンディングアーム１６とキャピラリ１７とボンディングステージ１３とＸＹステージ５８は基板４１と基板４１に取り付けられた半導体チップ４２との間をワイヤ１８で接続するボンディング処理部１００を構成する。
【００７０】
また、本実施形態のボンディング装置１２０は架台１１に取り付けられ、ボンディング装置全体を覆うカバー９０が設けられている。カバー９０は、搬送路１４に沿って基板４１が入る入口スロット５１と出口スロット５２の２つの開口を備えている。
【００７１】
カバー９０には図示しない不活性ガス供給装置が接続され、カバー９０内に不活性ガスを供給している。不活性ガスとしては、窒素などが用いられる。カバー９０内に供給された不活性ガスは入口スロット５１、出口スロット５２から流出し、これらの開口部から外気がカバー９０内に浸入することを防止し、カバー９０の内部を不活性ガス雰囲気に保持する。また、入口、出口スロット５１，５２に蓋を取り付けて不活性ガスの流出を抑制するよう構成しても良い。
【００７２】
２つのプラズマトーチ２０は先の実施形態と同様に、基板４１と半導体チップ４２のボンディング面に対して傾斜し、キャピラリ１７の中心線に対して線対称となるように配置されている。各プラズマトーチ２０のプラズマ化したガスが噴出する先端部２１はキャピラリ１７の先端に成形されたイニシャルボール１９に向かうとともに、基板４１或いは半導体チップ４２に向かうように取り付けられ、キャピラリ１７の先端のイニシャルボール１９及び基板４１又は半導体チップ４２の表面に同時にプラズマ化したガスを照射できるよう構成されている。プラズマトーチ２０の構成は先に説明した実施形態と同様、プラズマガス発生用の高周波電力が供給される外部電極２２と、プラズマ用ガスが導入されるガス導入管２３とを備え、ガス導入管２３はプラズマトーチ固定部２９に接続され、プラズマトーチ固定部２９に接続されたガス配管２４によってプラズマ用ガス供給部６０に接続され、外部電極２２は上面板１２ａを貫通する電線２５によって高周波電力供給部７０に接続されている。
【００７３】
本実施形態のボンディング装置１２０は、先に図１０から図１２を参照して説明した実施形態のボンディング装置１１０と同様、ＸＹステージ５８によってボンディングヘッド１５をＸＹ方向に移動させてキャピラリ１７先端のＸＹ方向の位置を調整し、ボンディングヘッド１５のＺ方向モータによってボンディングアーム１６を駆動してキャピラリ１７を基板４１又は半導体チップ４２に対して接離方向に駆動してワイヤボンディングを行う。
【００７４】
本実施形態のボンディング装置１２０は装置全体がカバー９０によって覆われ、ボンディング装置１２０全体が不活性ガスの雰囲気となっているので、先に説明した実施形態と同様、不活性ガス雰囲気の中で２つのプラズマトーチ２０によってパッド４３とイニシャルボール１９との表面処理を行いながらパッド４３にイニシャルボール１９を押し付けて接合するので、パッド４３、イニシャルボール１９双方の表面が清浄で活性のある状態でボンディングすることができる。また、不活性ガス雰囲気の中で２つのプラズマトーチ２０によって繰り出したワイヤ１８と電極４４との表面処理を行いながら電極４４に繰り出したワイヤ１８を押し付けて接合するので、電極４４、ワイヤ１８双方の表面が清浄で活性のある状態でボンディングすることができる。このことによって、本実施形態のボンディング装置１２０はイニシャルボール１９、ワイヤ１８とパッド４３、電極４４とをそれぞれ良好に接合することができるという効果を奏する。また、接合は清浄で活性のある表面同士の接合となるので、超音波加振や加熱を行わなくとも良好な接合をすることができることから、超音波振動や加熱によって半導体チップ４２の受けるダメージを抑制することができるという効果を奏する。
【００７５】
また、本実施形態のボンディング装置１２０も先に説明した実施形態同様、プラズマ用ガスに還元ガスである水素ガスを混合しているので、プラズマ化したガスを照射することによって表面の汚染、水分或いは異物の除去に加えて表面の酸化皮膜の除去も同時に行うことができるという効果を奏する。
【００７６】
以上説明した各実施形態のプラズマトーチ２０は、希ガスと水素ガスとを混合ボックス６１で混合した混合ガスをプラズマ化して対象に照射するものとして説明したが、プラズマ化した希ガスに水素ガスを混入したものとしても良い。図１４に示すように、ガス導入管２３には希ガスを導入し、内部電極２８、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から導入された希ガスをプラズマ化し、先端部２１に設けた水素混入ノズル６７からプラズマ化した希ガスに水素ガスを混入させて先端部２１の開口からプラズマ化した希ガスに水素ガスを混入させたガスを噴出させるようにしてもよい。また、図１４に示すように、開口から噴出したプラズマ化した希ガスの各噴流２６に延びてプラズマ化した希ガスに水素ガスを混入させるような水素混入ノズル６８としてもよい。
【００７７】
以上説明した本実施形態では、プラズマの源となるガスとしてアルゴンなどの希ガスを用いることとして説明したが、希ガスに換えて窒素をプラズマの源となるガスとして用いることとしても良い。また、水素ガスを希ガスに混合させてからプラズマ化したり、プラズマ化した希ガスに水素混入ノズル６７，６８から水素ガスを混入させたりすることとして説明したが、水素ガスの代わりに酸素ガスを混合或いは混入させることとしても良い。酸素ガスを混入させる場合には、図１４で説明した水素混入ノズル６７，６８と同様の形状の酸素混入ノズルから酸素をプラズマ化したガスに混入させることができる。このように酸素を混入させることによって表面処理を行う基板４１表面の電極４４、半導体チップ４２表面のパッド４３、イニシャルボール１９、ワイヤ１８表面の有機物汚染の除去効果を向上させることができる。
【００７８】
また、各実施形態では、基板４１の電極４４にワイヤ１８をボンディングする場合について説明したが、本発明は、リードフレームのリードにワイヤ１８をボンディングする場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施形態のボンディング装置の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態のボンディング装置の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態のボンディング装置において、プラズマトーチの構成を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態のボンディング装置において、プラズマトーチでプラズマ化したガスを照射する状態を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態のボンディング装置において、イニシャルボールとパッドの表面処理を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態のボンディング装置において、パッドへのボンディングを示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態のボンディング装置において、ワイヤ繰り出しを示す説明図である。
【図８】本発明の実施形態のボンディング装置において、ワイヤルーピングを示す説明図である。
【図９】本発明の実施形態のボンディング装置において、電極へのボンディングを示す説明図である。
【図１０】本発明の他の実施形態のボンディング装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の他の実施形態のボンディング装置において、イニシャルボールとパッドの表面処理を示す説明図である。
【図１２】本発明の他の実施形態のボンディング装置において、電極へのボンディングを示す説明図である。
【図１３】本発明の他の実施形態のボンディング装置の構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施形態のボンディング装置において、水素混入ノズルを備えるプラズマトーチの構成とプラズマ化したガスの照射を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０，１１０，１２０  ボンディング装置、１１  架台、１２  チャンバ、１２ａ  上面板、１３  ボンディングステージ、１４  搬送路、１４ｂ  開口、１４ｃ  溝、１４ｅ  溝型レール、１４ａ  上側覆い板、１４ｄ  下側覆い板、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  圧着ボール、２０  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  電線、２６  噴流、２８  内部電極、２９  プラズマトーチ固定部、４１  基板、４２  半導体チップ、４３  パッド、４４  電極、５１  入口スロット、５２  出口スロット、５３  供給スタック、５４  製品スタック、５５  キャピラリ用孔、５６  取付アーム、５７  移動板、５８  ＸＹステージ、５９  四角筒状領域、６０  プラズマ用ガス供給部、６１  混合ボックス、６２  アルゴンガスボンベ、６３  水素ガスボンベ、６４，６５  接続配管、６６  プラズマ用ガス供給管、６７，６８  水素混入ノズル、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  カバー、１００  ボンディング処理部。
【図１】
0004852521.tif 000002
【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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【図１３】
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【図１４】
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