JP2003133356A - バンプボンディング方法および装置 - Google Patents
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- Power Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】半導体ウェハの微小部位に対し局所的に加熱で
きるようにして、形成済みのバンプと電極パッド間での
金属拡散の進行を効果的に抑制でき、バンプ形成後の金
線の引きちぎり工程において失敗の発生を確実に防止す
ることのできるバンプボンディング方法および装置を提
供する。 【解決手段】バンプ形成材料９のボンディングツール１
０から導出された先端部にバンプ２７となるボンディン
グボール２３を形成する工程と、熱源を有しないボンデ
ィングステージ３３上に固定した半導体ウェハ２８にお
けるＩＣチップ１９の電極部２４をレーザ光Ｌの照射に
よって加熱する工程と、加熱したのちの電極部２４にボ
ンディングボール２３を押し付けながら超音波振動を付
与することにより、ボンディングボール２３を電極部２
４に金属接合させてバンプ２７を形成する工程とを有し
ている。
きるようにして、形成済みのバンプと電極パッド間での
金属拡散の進行を効果的に抑制でき、バンプ形成後の金
線の引きちぎり工程において失敗の発生を確実に防止す
ることのできるバンプボンディング方法および装置を提
供する。 【解決手段】バンプ形成材料９のボンディングツール１
０から導出された先端部にバンプ２７となるボンディン
グボール２３を形成する工程と、熱源を有しないボンデ
ィングステージ３３上に固定した半導体ウェハ２８にお
けるＩＣチップ１９の電極部２４をレーザ光Ｌの照射に
よって加熱する工程と、加熱したのちの電極部２４にボ
ンディングボール２３を押し付けながら超音波振動を付
与することにより、ボンディングボール２３を電極部２
４に金属接合させてバンプ２７を形成する工程とを有し
ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フリップチップ方
式の半導体集積回路チップ（以下、ＩＣチップと略称す
る）を構成するに際して、そのＩＣチップに凸型電極
（以下、スタッドバンプまたは単にバンプと称する）を
形成するためのバンプボンディング方法および装置に関
するものである。
式の半導体集積回路チップ（以下、ＩＣチップと略称す
る）を構成するに際して、そのＩＣチップに凸型電極
（以下、スタッドバンプまたは単にバンプと称する）を
形成するためのバンプボンディング方法および装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子機器においては小型化および
軽量化が求められており、それに伴って、電子回路の実
装密度を高めることを目的として、半導体ウェハを個片
に分割したベアチップタイプのＩＣチップを裏返してセ
ラミック回路基板やガラスエポキシ回路基板などの回路
基板上に直接実装するフリップチップ実装工法が多用さ
れている。例えば、現在においてフリップチップ実装工
法により生産されているものとしては、ＩＣチップと同
寸法にパッケージするＣＳＰ（Chip Size Package ）工
法や、複数のＩＣチップを回路基板上に実装するＭＣＭ
（Multi Chip M0dule ）工法があり、これらによる生産
が増加しつつある。
軽量化が求められており、それに伴って、電子回路の実
装密度を高めることを目的として、半導体ウェハを個片
に分割したベアチップタイプのＩＣチップを裏返してセ
ラミック回路基板やガラスエポキシ回路基板などの回路
基板上に直接実装するフリップチップ実装工法が多用さ
れている。例えば、現在においてフリップチップ実装工
法により生産されているものとしては、ＩＣチップと同
寸法にパッケージするＣＳＰ（Chip Size Package ）工
法や、複数のＩＣチップを回路基板上に実装するＭＣＭ
（Multi Chip M0dule ）工法があり、これらによる生産
が増加しつつある。
【０００３】上記フリップチップ実装工法の一つである
ＳＢＢ（Stud Bump Bonding ）工法では、ワイヤボンデ
ィング工法を応用して、ＩＣチップの電極パッド部上に
バンプを形成し、このバンプと回路基板などの回路形成
体上に形成された配線電極とをリード線を介さずに直接
接合している。このＳＢＢ工法では、ＩＣ関連のワイヤ
ボンディング技術を応用して、金または金めっきされた
金属により形成した金ボールをＩＣチップの電極パッド
部に超音波接合することにより、バンプを形成するバン
プボンディング技術が知られている。
ＳＢＢ（Stud Bump Bonding ）工法では、ワイヤボンデ
ィング工法を応用して、ＩＣチップの電極パッド部上に
バンプを形成し、このバンプと回路基板などの回路形成
体上に形成された配線電極とをリード線を介さずに直接
接合している。このＳＢＢ工法では、ＩＣ関連のワイヤ
ボンディング技術を応用して、金または金めっきされた
金属により形成した金ボールをＩＣチップの電極パッド
部に超音波接合することにより、バンプを形成するバン
プボンディング技術が知られている。
【０００４】図５は従来の一般的なバンプボンディング
装置の概略構成を示したものである。同図において、Ｘ
−Ｙテーブル１上には支持ブラケット２が設置され、こ
の支持ブラケット２には、ボンディングアーム３がこれ
の中間部が枢支軸３ａを介して揺動自在に支持されてい
る。このボンディングアーム３の一端部には超音波ホー
ン４および超音波振動子７が装着され、他端近傍箇所に
は上下駆動手段８が配設され、他端部には超音波ホーン
４および超音波振動子７の位置を検出する変位センサ１
５が取り付けられている。超音波ホーン４の先端部に取
り付けられボンディングツールであるキャピラリ１０に
はバンプの形成材料である金線９が挿通されている。こ
の超音波ホーン４の基端部には超音波振動子７が取り付
けられている。金線９の先端近傍箇所には放電トーチ１
１が配設されている。
装置の概略構成を示したものである。同図において、Ｘ
−Ｙテーブル１上には支持ブラケット２が設置され、こ
の支持ブラケット２には、ボンディングアーム３がこれ
の中間部が枢支軸３ａを介して揺動自在に支持されてい
る。このボンディングアーム３の一端部には超音波ホー
ン４および超音波振動子７が装着され、他端近傍箇所に
は上下駆動手段８が配設され、他端部には超音波ホーン
４および超音波振動子７の位置を検出する変位センサ１
５が取り付けられている。超音波ホーン４の先端部に取
り付けられボンディングツールであるキャピラリ１０に
はバンプの形成材料である金線９が挿通されている。こ
の超音波ホーン４の基端部には超音波振動子７が取り付
けられている。金線９の先端近傍箇所には放電トーチ１
１が配設されている。
【０００５】さらに、上記バンプボンディング装置に
は、金線９を保持するクランパ１２、金線９を引き上げ
るエアテンショナ１３、超音波発振器１４、スパーク発
生装置１７および高圧ケーブル１８などを備えている。
ＩＣチップ１９は、ヒートステージ２０上に位置決め保
持されるとともに、ヒーター２１によって加熱される。
このＩＣチップ１９の位置は認識カメラ２２によって画
像認識される。
は、金線９を保持するクランパ１２、金線９を引き上げ
るエアテンショナ１３、超音波発振器１４、スパーク発
生装置１７および高圧ケーブル１８などを備えている。
ＩＣチップ１９は、ヒートステージ２０上に位置決め保
持されるとともに、ヒーター２１によって加熱される。
このＩＣチップ１９の位置は認識カメラ２２によって画
像認識される。
【０００６】つぎに、上記バンプボンディング装置によ
るバンプの形成工程について、図６を参照しながら説明
する。先ず、ヒートステージ２０に保持されたＩＣチッ
プ１９をヒーター２１により加熱するとともに、認識カ
メラ２２によりＩＣチップ１９の位置を画像認識して、
その認識結果に基づきＸ−Ｙテーブル１の駆動制御する
ことにより、キャピラリ１０が水平方向に移動されて、
金線９の先端部をＩＣチップ１９の電極パッド２４の真
上位置に位置決めする。その状態でスパーク発生装置１
７を作動させて、キャピラリ１０から導出されている金
線９の先端部と放電トーチ１１との間にスパークを発生
させることにより、図６（ａ）に示すように、金線９の
先端部に金ボール２３を形成する。
るバンプの形成工程について、図６を参照しながら説明
する。先ず、ヒートステージ２０に保持されたＩＣチッ
プ１９をヒーター２１により加熱するとともに、認識カ
メラ２２によりＩＣチップ１９の位置を画像認識して、
その認識結果に基づきＸ−Ｙテーブル１の駆動制御する
ことにより、キャピラリ１０が水平方向に移動されて、
金線９の先端部をＩＣチップ１９の電極パッド２４の真
上位置に位置決めする。その状態でスパーク発生装置１
７を作動させて、キャピラリ１０から導出されている金
線９の先端部と放電トーチ１１との間にスパークを発生
させることにより、図６（ａ）に示すように、金線９の
先端部に金ボール２３を形成する。
【０００７】そののち、キャピラリ１０は、上下駆動手
段８の駆動によりボンディングアーム３が作動されるこ
とによって下降される。このとき、上下駆動手段８に備
えられた当たり検出機能は、キャピラリ１０と共に下動
される金ボール２３がＩＣチップ１９の電極パッド２４
に当接するのを監視する。そして、金ボール２３は、当
たり検出機能が金ボール２３の電極パッド２４への当接
を検出した時点で、キャピラリ１０を介し所定の圧力を
加えられて電極パッド２４上に押し付けられる。これと
同時に、超音波発振器１４が超音波振動子７を駆動させ
ることにより、キャピラリ１０は超音波ホーン４を介し
て６４〜１１０ｋＨｚの周波数で超音波振動される。こ
れにより、図６（ｂ）に示すように、金ボール２３は電
極パッド２４に対し接合されて、金ボール２３によるバ
ンプ２７が形成される。
段８の駆動によりボンディングアーム３が作動されるこ
とによって下降される。このとき、上下駆動手段８に備
えられた当たり検出機能は、キャピラリ１０と共に下動
される金ボール２３がＩＣチップ１９の電極パッド２４
に当接するのを監視する。そして、金ボール２３は、当
たり検出機能が金ボール２３の電極パッド２４への当接
を検出した時点で、キャピラリ１０を介し所定の圧力を
加えられて電極パッド２４上に押し付けられる。これと
同時に、超音波発振器１４が超音波振動子７を駆動させ
ることにより、キャピラリ１０は超音波ホーン４を介し
て６４〜１１０ｋＨｚの周波数で超音波振動される。こ
れにより、図６（ｂ）に示すように、金ボール２３は電
極パッド２４に対し接合されて、金ボール２３によるバ
ンプ２７が形成される。
【０００８】上記バンプ２７の形成が完了したならば、
図６（ｃ）に示すように、キャピラリ１０は所定量だけ
上昇され、そののち、クランパ１２は金線９を保持して
上昇することにより、バンプ２７と金線９との境界部が
断裂され、ＩＣチップ１９の電極パッド２４上には凸状
電極としてのバンプ２７が形成される。
図６（ｃ）に示すように、キャピラリ１０は所定量だけ
上昇され、そののち、クランパ１２は金線９を保持して
上昇することにより、バンプ２７と金線９との境界部が
断裂され、ＩＣチップ１９の電極パッド２４上には凸状
電極としてのバンプ２７が形成される。
【０００９】上述のバンプ２７の形成に際して、ヒータ
ー２１によって加熱されるヒートステージ２０の加熱温
度は、ＩＣチップ１９の電極パッド２４上に形成するバ
ンプ２７のサイズやＩＣチップ１９の種類に応じて適宜
変更するように調整される。例えば、図６（ｃ）に示す
バンプ２７のバンプ台座部２７ａの径が８０μｍである
場合には２６０℃に、５０μｍ程度の場合は３００℃付
近の温度に管理される。これは、バンプ台座部２７ａが
小さい場合にはバンプ台座部２７ａと電極パッド２４と
の接合面積も微小化するので、超音波と荷重によるエネ
ルギ−をバンプ台座部２７ａが大きい場合よりも大きく
かけることができなくなることから、外部からのエネル
ギーをより多く必要とするためである。
ー２１によって加熱されるヒートステージ２０の加熱温
度は、ＩＣチップ１９の電極パッド２４上に形成するバ
ンプ２７のサイズやＩＣチップ１９の種類に応じて適宜
変更するように調整される。例えば、図６（ｃ）に示す
バンプ２７のバンプ台座部２７ａの径が８０μｍである
場合には２６０℃に、５０μｍ程度の場合は３００℃付
近の温度に管理される。これは、バンプ台座部２７ａが
小さい場合にはバンプ台座部２７ａと電極パッド２４と
の接合面積も微小化するので、超音波と荷重によるエネ
ルギ−をバンプ台座部２７ａが大きい場合よりも大きく
かけることができなくなることから、外部からのエネル
ギーをより多く必要とするためである。
【００１０】また、耐熱温度が低いＳＡＷフィルタ（高
周波カットフィルタ）やセンサなどの弱耐熱性ＩＣチッ
プ１９では、上述のような温度まで上げることができな
いこともあり、その場合には加熱可能な温度まで熱供給
を行うものとしている。
周波カットフィルタ）やセンサなどの弱耐熱性ＩＣチッ
プ１９では、上述のような温度まで上げることができな
いこともあり、その場合には加熱可能な温度まで熱供給
を行うものとしている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年に
おいては、ＩＣチップ１９の薄型化やダイスピック工程
（半導体ウェハをダイシングしたのちにトレーに詰め変
える工程）の削減に伴って、半導体ウェハをダイシング
して個片に分割したＩＣチップ１９における電極パッド
２４上にバンプ２７を形成するのが困難になってきたた
め、ダイシング工程前の半導体ウェハ状態での各ＩＣチ
ップ１９の電極パッド２４上にバンプ２７を形成するプ
ロセスに移行されつつあるが、このようなプロセスの移
行に際して従来のバンプボンディング工法をそのまま用
いる場合には以下のような問題が発生している。
おいては、ＩＣチップ１９の薄型化やダイスピック工程
（半導体ウェハをダイシングしたのちにトレーに詰め変
える工程）の削減に伴って、半導体ウェハをダイシング
して個片に分割したＩＣチップ１９における電極パッド
２４上にバンプ２７を形成するのが困難になってきたた
め、ダイシング工程前の半導体ウェハ状態での各ＩＣチ
ップ１９の電極パッド２４上にバンプ２７を形成するプ
ロセスに移行されつつあるが、このようなプロセスの移
行に際して従来のバンプボンディング工法をそのまま用
いる場合には以下のような問題が発生している。
【００１２】先ず、１つ目の問題は、ＩＣチップ１９の
薄型化により、このＩＣチップ１９を個片として取り扱
うことが非常に困難になってきたことである。すなわ
ち、薄い個片のＩＣチップ１９はヒートステージ２０上
の所定位置に正確に位置決めするのが困難である。ま
た、このＩＣチップ１９を搬送アームによって自動搬送
する場合には、ＩＣチップ１９が薄型であることから、
このＩＣチップ１９の破損や搬送ミスが発生して、その
都度、バンプボンディング装置を停止させなければなら
ず、稼働率の低下を招くことになる。
薄型化により、このＩＣチップ１９を個片として取り扱
うことが非常に困難になってきたことである。すなわ
ち、薄い個片のＩＣチップ１９はヒートステージ２０上
の所定位置に正確に位置決めするのが困難である。ま
た、このＩＣチップ１９を搬送アームによって自動搬送
する場合には、ＩＣチップ１９が薄型であることから、
このＩＣチップ１９の破損や搬送ミスが発生して、その
都度、バンプボンディング装置を停止させなければなら
ず、稼働率の低下を招くことになる。
【００１３】つぎに、２つ目の問題は、半導体ウェハ状
態での各ＩＣチップ１９にバンプ２７を形成するとき
に、各ＩＣチップ１９への長時間加熱に起因する不具合
が生じることである。半導体ウェハ状態の各ＩＣチップ
１９にバンプ２７を形成する工法は、半導体ウェハを個
片に分割したＩＣチップ１９を取り扱う場合に比較し
て、ＩＣチップ１９の搬送時のＩＣチップ１９に対する
悪影響や搬送ミスなどが無くなるから、搬送や位置決め
が困難である数１０μｍの厚さのＩＣチップ１９に対し
てもバンプボンディングが可能となる利点を有する。そ
の反面、従来のバンプボンディング工法では、ヒーター
２１により半導体ウェハの全体を加熱することから、バ
ンプ２７の形成が終了したＩＣチップ１９に対しても加
熱が継続されることになるので、金からなるバンプ２７
とアルミニウからなる電極パッド２４との間において金
属拡散が進行し、バンプ２７と電極パッド２４との接合
境界面においてクラックやボイドが発生して、接合不良
を起こしてしまう新たな問題が生じている。
態での各ＩＣチップ１９にバンプ２７を形成するとき
に、各ＩＣチップ１９への長時間加熱に起因する不具合
が生じることである。半導体ウェハ状態の各ＩＣチップ
１９にバンプ２７を形成する工法は、半導体ウェハを個
片に分割したＩＣチップ１９を取り扱う場合に比較し
て、ＩＣチップ１９の搬送時のＩＣチップ１９に対する
悪影響や搬送ミスなどが無くなるから、搬送や位置決め
が困難である数１０μｍの厚さのＩＣチップ１９に対し
てもバンプボンディングが可能となる利点を有する。そ
の反面、従来のバンプボンディング工法では、ヒーター
２１により半導体ウェハの全体を加熱することから、バ
ンプ２７の形成が終了したＩＣチップ１９に対しても加
熱が継続されることになるので、金からなるバンプ２７
とアルミニウからなる電極パッド２４との間において金
属拡散が進行し、バンプ２７と電極パッド２４との接合
境界面においてクラックやボイドが発生して、接合不良
を起こしてしまう新たな問題が生じている。
【００１４】そこで、従来では、上述の問題を解決する
ために、ヒーター２１による加熱を局所的に行う方法が
検討されたが、この場合には、ヒーター２１の残留熱に
よって均一な温度管理が困難であり、温度制御も複雑化
してしまう。そのため、従来では、ヒーター２１の加熱
温度を金属拡散が進行しない程度まで低下させてバンプ
ボンディングを行っている。ところが、このような工法
では、高温状態での接合時の品質と同等の接合品質を得
ることができない。
ために、ヒーター２１による加熱を局所的に行う方法が
検討されたが、この場合には、ヒーター２１の残留熱に
よって均一な温度管理が困難であり、温度制御も複雑化
してしまう。そのため、従来では、ヒーター２１の加熱
温度を金属拡散が進行しない程度まで低下させてバンプ
ボンディングを行っている。ところが、このような工法
では、高温状態での接合時の品質と同等の接合品質を得
ることができない。
【００１５】さらに、３つ目の問題は、上述したダイス
ピック工程を削減することを目的として、半導体ウェハ
の下面に樹脂製のシートが接着されるが、この場合、ヒ
ーター２１の加熱温度はシートの耐熱温度以下に設定す
る必要があるため、更なる熱エネルギーの低下を招くこ
とである。このような熱エネルギーの低下は、バンプ２
７の形成後の金線９の破断に失敗することが多くなると
いう新たな問題を招来している。
ピック工程を削減することを目的として、半導体ウェハ
の下面に樹脂製のシートが接着されるが、この場合、ヒ
ーター２１の加熱温度はシートの耐熱温度以下に設定す
る必要があるため、更なる熱エネルギーの低下を招くこ
とである。このような熱エネルギーの低下は、バンプ２
７の形成後の金線９の破断に失敗することが多くなると
いう新たな問題を招来している。
【００１６】この問題の発生について詳述すると、上述
したスパークによる金ボール２３の形成時には金ボール
２３となった領域と金線９の領域との境界において再結
晶領域が形成される。この再結晶領域は、外観上におい
て、金線９と何ら変わらないが、再結晶効果により、通
常の金線９よりも脆くなっている。そのため、クランパ
１２による金線９の引きちぎり工程では、上記再結晶領
域で金線９が破断される。このとき、再結晶領域の破断
強度は温度に依存し、高温であればある程、破断強度が
低下する。したがって、上述のように熱エネルギーが低
下した場合には、ボンディング中のバンプ２７と金線９
に伝わる温度も低下するため、金線９の引きちぎり工程
において、再結晶領域以外の箇所で金線９が破断される
ことがある。このような状態が生じた場合には、これを
検出したバンプボンディング装置がエラーであると判別
して作動停止してしまう。
したスパークによる金ボール２３の形成時には金ボール
２３となった領域と金線９の領域との境界において再結
晶領域が形成される。この再結晶領域は、外観上におい
て、金線９と何ら変わらないが、再結晶効果により、通
常の金線９よりも脆くなっている。そのため、クランパ
１２による金線９の引きちぎり工程では、上記再結晶領
域で金線９が破断される。このとき、再結晶領域の破断
強度は温度に依存し、高温であればある程、破断強度が
低下する。したがって、上述のように熱エネルギーが低
下した場合には、ボンディング中のバンプ２７と金線９
に伝わる温度も低下するため、金線９の引きちぎり工程
において、再結晶領域以外の箇所で金線９が破断される
ことがある。このような状態が生じた場合には、これを
検出したバンプボンディング装置がエラーであると判別
して作動停止してしまう。
【００１７】一方、上述のような接合強度の低下および
金線９の破断失敗による装置のエラー停止に対する対策
としては、半導体ウェハに対しこれの上面から加熱する
方法も検討されている。ところが、このときの加熱源と
して熱風などの流体を使用する場合には、熱伝達効率が
低い上に、温度の均一化が難しい。さらに、上記加熱源
となる流体は、バンプボンディング時や金ボール２３を
形成するためのスパーク発生時における外乱となってし
まい、適切な加熱方法とはならない。
金線９の破断失敗による装置のエラー停止に対する対策
としては、半導体ウェハに対しこれの上面から加熱する
方法も検討されている。ところが、このときの加熱源と
して熱風などの流体を使用する場合には、熱伝達効率が
低い上に、温度の均一化が難しい。さらに、上記加熱源
となる流体は、バンプボンディング時や金ボール２３を
形成するためのスパーク発生時における外乱となってし
まい、適切な加熱方法とはならない。
【００１８】そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑み
てなされたもので、半導体ウェハの微小部位に対し局所
的に加熱できるようにして、形成済みのバンプと電極パ
ッド間での金属拡散の進行を効果的に抑制でき、バンプ
形成後の金線の引きちぎり工程において失敗の発生を確
実に防止することのできるバンプボンディング方法およ
び装置を提供することを目的とするものである。
てなされたもので、半導体ウェハの微小部位に対し局所
的に加熱できるようにして、形成済みのバンプと電極パ
ッド間での金属拡散の進行を効果的に抑制でき、バンプ
形成後の金線の引きちぎり工程において失敗の発生を確
実に防止することのできるバンプボンディング方法およ
び装置を提供することを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のバンプボンディング方法は、バンプ形成材
料におけるボンディングツールから導出された先端部に
バンプとなるボンディングボールを形成する工程と、熱
源を有しないボンディングステージ上に固定された半導
体ウェハの電極部をレーザ光の照射によって加熱する工
程と、加熱したのちの前記電極部に前記ボンディングボ
ールを押し付けながら超音波振動を付与することによ
り、前記ボンディングボールを前記電極部に金属接合さ
せてバンプを形成する工程とを有していることを特徴と
している。
に、本発明のバンプボンディング方法は、バンプ形成材
料におけるボンディングツールから導出された先端部に
バンプとなるボンディングボールを形成する工程と、熱
源を有しないボンディングステージ上に固定された半導
体ウェハの電極部をレーザ光の照射によって加熱する工
程と、加熱したのちの前記電極部に前記ボンディングボ
ールを押し付けながら超音波振動を付与することによ
り、前記ボンディングボールを前記電極部に金属接合さ
せてバンプを形成する工程とを有していることを特徴と
している。
【００２０】このバンプボンディング方法では、バンプ
ボンディングすべき電極部に対しバンプボンディングに
先立ってレーザ光を照射することにより、電極部を構成
する金属に対して熱的アブレーションをもたらすため、
高エネルギーのレーザ光を短時間で出力するように制御
すれば、レーザ光の照射部分、つまりバンプボンディン
グすべき電極部とその極近傍周辺のみにおける表層面の
みを加熱することができる。したがって、半導体ウェハ
におけるバンプが形成済みの電極部とバンプ間では、従
来方法のように余剰加熱による金属拡散の進行といった
不具合が生じることがなく、金属拡散に起因する電極部
とバンプとの接合界面におけるクラックやボイドの発生
による接合不良も生じない。
ボンディングすべき電極部に対しバンプボンディングに
先立ってレーザ光を照射することにより、電極部を構成
する金属に対して熱的アブレーションをもたらすため、
高エネルギーのレーザ光を短時間で出力するように制御
すれば、レーザ光の照射部分、つまりバンプボンディン
グすべき電極部とその極近傍周辺のみにおける表層面の
みを加熱することができる。したがって、半導体ウェハ
におけるバンプが形成済みの電極部とバンプ間では、従
来方法のように余剰加熱による金属拡散の進行といった
不具合が生じることがなく、金属拡散に起因する電極部
とバンプとの接合界面におけるクラックやボイドの発生
による接合不良も生じない。
【００２１】上記発明において、ダイシング工程が終了
した半導体ウェハを、これの下面にシートを貼り付けた
状態でボンディングステージ上に固定し、前記半導体ウ
ェハの電極部に対しレーザ光を上方から照射することが
できる。
した半導体ウェハを、これの下面にシートを貼り付けた
状態でボンディングステージ上に固定し、前記半導体ウ
ェハの電極部に対しレーザ光を上方から照射することが
できる。
【００２２】これにより、下面に耐熱性の低いシートが
貼着された半導体ウェハの電極部にバンプボンディング
するに際して、電極部に対し下面から加熱できないの
で、電極部を上方からのレーザ光の照射により十分に加
熱することができるから、電極部に対し所要の接合エネ
ルギーを付与して高い接合強度を有する接合品質の優れ
たバンプを形成することができる。
貼着された半導体ウェハの電極部にバンプボンディング
するに際して、電極部に対し下面から加熱できないの
で、電極部を上方からのレーザ光の照射により十分に加
熱することができるから、電極部に対し所要の接合エネ
ルギーを付与して高い接合強度を有する接合品質の優れ
たバンプを形成することができる。
【００２３】また、上記発明における電極部に対するレ
ーザ光の照射は、ボンディングボールの形成時または形
成後からボンディングツールが半導体ウェハに向け移動
して前記ボンディングボールが前記電極部に当接するま
での間に行うことが好ましい。これにより、電極部への
レーザ光の照射工程は、電極部にボンディングボールが
押し付けられるまでの待ち時間を利用して実施できるの
で、ワイヤボンディングのタクトは従来方法に比較して
長くならず、生産性の低下を招かない。
ーザ光の照射は、ボンディングボールの形成時または形
成後からボンディングツールが半導体ウェハに向け移動
して前記ボンディングボールが前記電極部に当接するま
での間に行うことが好ましい。これにより、電極部への
レーザ光の照射工程は、電極部にボンディングボールが
押し付けられるまでの待ち時間を利用して実施できるの
で、ワイヤボンディングのタクトは従来方法に比較して
長くならず、生産性の低下を招かない。
【００２４】さらに、上記発明において、バンプを形成
したのちにバンプ形成材料を上昇させて引きちぎる際
に、形成済みのバンプと前記バンプ形成材料との境界部
分にレーザ光を照射して加熱することができる。
したのちにバンプ形成材料を上昇させて引きちぎる際
に、形成済みのバンプと前記バンプ形成材料との境界部
分にレーザ光を照射して加熱することができる。
【００２５】これにより、バンプとバンプ形成材料との
境界に形成される再結晶領域がレーザ光の照射により加
熱されて温度上昇するので、その温度上昇した再結晶領
域を確実に破断することができ、再結晶領域以外の箇所
での破断によるエラー検出によって装置の稼働が停止さ
れるのを確実に防止できる。
境界に形成される再結晶領域がレーザ光の照射により加
熱されて温度上昇するので、その温度上昇した再結晶領
域を確実に破断することができ、再結晶領域以外の箇所
での破断によるエラー検出によって装置の稼働が停止さ
れるのを確実に防止できる。
【００２６】本発明のバンプボンディング装置は、半導
体ウェハを位置決め状態で保持可能であって、加熱手段
を内蔵していないボンディングステージと、ボンディン
グツールから導出したバンプ形成材料の先端部との間に
スパークを発生させてボンディングボールを形成する放
電トーチと、前記ボンディングツールが前記半導体ウェ
ハに対し接離方向に移動可能に設けられているととも
に、前記ボンディングボールを前記半導体ウェハの電極
部に所定の加圧力で押し付けながら前記ボンディングツ
ールに超音波振動を付与するボンディングヘッドと、前
記電極部に対しレーザ射出部からレーザ光を照射するレ
ーザ発振器とを備えていることを特徴としている。
体ウェハを位置決め状態で保持可能であって、加熱手段
を内蔵していないボンディングステージと、ボンディン
グツールから導出したバンプ形成材料の先端部との間に
スパークを発生させてボンディングボールを形成する放
電トーチと、前記ボンディングツールが前記半導体ウェ
ハに対し接離方向に移動可能に設けられているととも
に、前記ボンディングボールを前記半導体ウェハの電極
部に所定の加圧力で押し付けながら前記ボンディングツ
ールに超音波振動を付与するボンディングヘッドと、前
記電極部に対しレーザ射出部からレーザ光を照射するレ
ーザ発振器とを備えていることを特徴としている。
【００２７】このバンプボンディング装置では、加熱手
段を内蔵していないボンディングステージと、電極部に
対しレーザ射出部からレーザ光を照射するレーザ発振器
とを備えているので、本発明のバンプボンディング方法
を忠実に具現化して、その方法と同様の効果を確実に得
ることができる。
段を内蔵していないボンディングステージと、電極部に
対しレーザ射出部からレーザ光を照射するレーザ発振器
とを備えているので、本発明のバンプボンディング方法
を忠実に具現化して、その方法と同様の効果を確実に得
ることができる。
【００２８】上記発明におけるレーザ射出部は、ボンデ
ィングツールに対し放電トーチとは反対側に配置され
て、電極部に向けて斜め上方からレーザ光を出射できる
位置決め状態に固定されていることが好ましい。
ィングツールに対し放電トーチとは反対側に配置され
て、電極部に向けて斜め上方からレーザ光を出射できる
位置決め状態に固定されていることが好ましい。
【００２９】この構成によれば、レーザ光は斜光になる
が、レーザ光の集光密度を高めるとともにレーザ光の種
類を限定することにより、レーザ光の高い出力強度を確
保できる。これにより、レーザ射出部は最初に位置決め
調整した位置に固定できるので、例えば、電極部に対し
真上位置からレーザ光を照射するためにバンプボンディ
ング毎にレーザ射出部を移動制御する場合のように、バ
ンプボンディングのタクトが長くなって生産性が低下す
るといったことがなくなる。
が、レーザ光の集光密度を高めるとともにレーザ光の種
類を限定することにより、レーザ光の高い出力強度を確
保できる。これにより、レーザ射出部は最初に位置決め
調整した位置に固定できるので、例えば、電極部に対し
真上位置からレーザ光を照射するためにバンプボンディ
ング毎にレーザ射出部を移動制御する場合のように、バ
ンプボンディングのタクトが長くなって生産性が低下す
るといったことがなくなる。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について図面を参照しながら説明する。図１（ａ）〜
（ｅ）は、本発明のバンプボンディング方法の一実施の
形態に係るバンプ形成過程を工程順に示した縦断面図で
ある。同図において、半導体ウェハ２８上に形成されて
いる多数のＩＣチップ１９は、チップ本体部２９の表面
の所定箇所にそれぞれ形成された電極パッド２４と、回
路形成部およびシリコン層３０と、チップ本体部２９の
表面における電極パッド２４と回路形成部およびシリコ
ン層３０を除く箇所を被覆するコーティング膜３１とを
有している。
態について図面を参照しながら説明する。図１（ａ）〜
（ｅ）は、本発明のバンプボンディング方法の一実施の
形態に係るバンプ形成過程を工程順に示した縦断面図で
ある。同図において、半導体ウェハ２８上に形成されて
いる多数のＩＣチップ１９は、チップ本体部２９の表面
の所定箇所にそれぞれ形成された電極パッド２４と、回
路形成部およびシリコン層３０と、チップ本体部２９の
表面における電極パッド２４と回路形成部およびシリコ
ン層３０を除く箇所を被覆するコーティング膜３１とを
有している。
【００３１】上記半導体ウェハ２８は、バンプボンディ
ングに際して、吸着ステージ３３上に吸着保持される
が、この吸着ステージ３３は、従来装置におけるヒート
ステージ２０とは異なり、ヒーターなどの熱源を備えて
いない。図１（ａ）は、所定の電極パッド２４へのバン
プ２７の形成が終了したのちに、半導体ウェハ２８から
離間して上昇したキャピラリ１０から導出されている金
線９の先端部が放電トーチ１１によるスパーク放電によ
り溶融して金ボール２３が形成された状態を示す。
ングに際して、吸着ステージ３３上に吸着保持される
が、この吸着ステージ３３は、従来装置におけるヒート
ステージ２０とは異なり、ヒーターなどの熱源を備えて
いない。図１（ａ）は、所定の電極パッド２４へのバン
プ２７の形成が終了したのちに、半導体ウェハ２８から
離間して上昇したキャピラリ１０から導出されている金
線９の先端部が放電トーチ１１によるスパーク放電によ
り溶融して金ボール２３が形成された状態を示す。
【００３２】つぎに、図５に示したと同様のＸ−Ｙテー
ブルによって後述するボンディングヘッドが移動される
ことにより、先端に金ボール２３が形成された金線９を
保持するキャピラリ１０は、同図（ｂ）に示すように、
つぎにバンプ２７を形成すべき電極パッド２４の真上に
位置決め停止される。この位置決め状態において、同図
（ｃ）に示すように、つぎにバンプ２７を形成すべき電
極パッド２４には、バンプボンディングに先立って、レ
ーザ射出部３２からレーザ光Ｌを照射されることによっ
て加熱される。このレーザ光Ｌは、（ｃ）に明示するよ
うに、所要の電極パッド２４のみを照射できるようにレ
ーザ射出部３２から射出される。これにより、電極パッ
ド２４に隣接するコーティング膜３１が耐熱性の無いも
の、あるいは電極パッド２４の隣接箇所にコーティング
膜３１が存在しない場合であっても、何ら支障が生じな
い。
ブルによって後述するボンディングヘッドが移動される
ことにより、先端に金ボール２３が形成された金線９を
保持するキャピラリ１０は、同図（ｂ）に示すように、
つぎにバンプ２７を形成すべき電極パッド２４の真上に
位置決め停止される。この位置決め状態において、同図
（ｃ）に示すように、つぎにバンプ２７を形成すべき電
極パッド２４には、バンプボンディングに先立って、レ
ーザ射出部３２からレーザ光Ｌを照射されることによっ
て加熱される。このレーザ光Ｌは、（ｃ）に明示するよ
うに、所要の電極パッド２４のみを照射できるようにレ
ーザ射出部３２から射出される。これにより、電極パッ
ド２４に隣接するコーティング膜３１が耐熱性の無いも
の、あるいは電極パッド２４の隣接箇所にコーティング
膜３１が存在しない場合であっても、何ら支障が生じな
い。
【００３３】レーザ光Ｌの照射によって電極パッド２４
が所定の温度まで十分に加熱されると、続いて、同図
（ｄ）に示すように、ボンディングヘッドの作動によっ
てキャピラリ１０が下降されることにより、金ボール２
３が電極パッド２４に当接されたのちに所定の圧力で押
し付けられるとともに、キャピラリ１０に超音波振動が
付与される。これにより、金ボール２３は、押し潰され
て塑性変形しながら超音波振動エネルギを受けることに
より温度上昇して、電極パッド２４の素材であるアルミ
ニウムと融合し、金とアルミニウムの合金からなるバン
プ台座部２７ａとなって電極パッド２４上に強固に固着
される。
が所定の温度まで十分に加熱されると、続いて、同図
（ｄ）に示すように、ボンディングヘッドの作動によっ
てキャピラリ１０が下降されることにより、金ボール２
３が電極パッド２４に当接されたのちに所定の圧力で押
し付けられるとともに、キャピラリ１０に超音波振動が
付与される。これにより、金ボール２３は、押し潰され
て塑性変形しながら超音波振動エネルギを受けることに
より温度上昇して、電極パッド２４の素材であるアルミ
ニウムと融合し、金とアルミニウムの合金からなるバン
プ台座部２７ａとなって電極パッド２４上に強固に固着
される。
【００３４】上記バンプ台座部２７ａと電極パッド２４
との金属接合が終了したならば、最後に、同図（ｅ）に
示すように、レーザ射出部３２から再びレーザ光Ｌが射
出されて、形成後のバンプ台座部２７ａと金線９との境
界部分がレーザ光Ｌの照射により加熱された状態で金線
９がクランパによって引きちぎられ、バンプ台座部２７
ａ上にバンプ頭頂部２７ｂを有するスタッドバンプ２７
が形成される。
との金属接合が終了したならば、最後に、同図（ｅ）に
示すように、レーザ射出部３２から再びレーザ光Ｌが射
出されて、形成後のバンプ台座部２７ａと金線９との境
界部分がレーザ光Ｌの照射により加熱された状態で金線
９がクランパによって引きちぎられ、バンプ台座部２７
ａ上にバンプ頭頂部２７ｂを有するスタッドバンプ２７
が形成される。
【００３５】上記バンプボンディング方法では、バンプ
ボンディングすべき電極パッド２４に対しバンプボンデ
ィングに先立ってレーザ光Ｌを照射することにより、電
極パッド２４を構成する金属（一般にアルミニウム）に
対して熱的アブレーションをもたらすため、レーザ射出
部３２から高エネルギーのレーザ光Ｌを短時間で出力す
るように制御すれば、レーザ光Ｌの照射部分、つまりバ
ンプボンディングすべき電極パッド２４とその極近傍周
辺のみにおける表層面のみを加熱することができる。し
たがって、半導体ウェハ２８におけるバンプ２７が形成
済みの電極パッド２４とバンプ２７間では、従来方法の
ように余剰加熱による金属拡散の進行といった不具合が
生じることがなく、金属拡散に起因する電極パッド２４
とバンプ２７との接合界面におけるクラックやボイドの
発生による接合不良も生じることがない。
ボンディングすべき電極パッド２４に対しバンプボンデ
ィングに先立ってレーザ光Ｌを照射することにより、電
極パッド２４を構成する金属（一般にアルミニウム）に
対して熱的アブレーションをもたらすため、レーザ射出
部３２から高エネルギーのレーザ光Ｌを短時間で出力す
るように制御すれば、レーザ光Ｌの照射部分、つまりバ
ンプボンディングすべき電極パッド２４とその極近傍周
辺のみにおける表層面のみを加熱することができる。し
たがって、半導体ウェハ２８におけるバンプ２７が形成
済みの電極パッド２４とバンプ２７間では、従来方法の
ように余剰加熱による金属拡散の進行といった不具合が
生じることがなく、金属拡散に起因する電極パッド２４
とバンプ２７との接合界面におけるクラックやボイドの
発生による接合不良も生じることがない。
【００３６】また、レーザ光Ｌの照射は、上述のように
短時間行えば足りるから、キャピラリ１０の下降の開始
時から金ボール２３が電極パッド２４に押し付けられる
までの間の時間に行うことができる。それにより、電極
パッド２４へのレーザ光Ｌの照射工程は、電極パッド２
４に金ボール２３が押し付けられるまでの待ち時間の間
を利用して実施できるので、ワイヤボンディングのタク
トは従来方法に比較して長くならず、生産性の低下を招
かない。
短時間行えば足りるから、キャピラリ１０の下降の開始
時から金ボール２３が電極パッド２４に押し付けられる
までの間の時間に行うことができる。それにより、電極
パッド２４へのレーザ光Ｌの照射工程は、電極パッド２
４に金ボール２３が押し付けられるまでの待ち時間の間
を利用して実施できるので、ワイヤボンディングのタク
トは従来方法に比較して長くならず、生産性の低下を招
かない。
【００３７】また、上記バンプボンディング方法では、
形成済みのバンプ台座部２７ａにレーザ光Ｌを照射しな
がらクランプによる金線９の引きちぎり工程を実施する
ので、バンプ２７と金線９との境界に形成される再結晶
領域がレーザ光Ｌの照射により加熱されて温度上昇する
ので、その温度上昇した再結晶領域を確実に破断するこ
とができ、再結晶領域以外の箇所での破断によるエラー
検出によって装置の稼働が停止されるのを確実に防止で
きる。
形成済みのバンプ台座部２７ａにレーザ光Ｌを照射しな
がらクランプによる金線９の引きちぎり工程を実施する
ので、バンプ２７と金線９との境界に形成される再結晶
領域がレーザ光Ｌの照射により加熱されて温度上昇する
ので、その温度上昇した再結晶領域を確実に破断するこ
とができ、再結晶領域以外の箇所での破断によるエラー
検出によって装置の稼働が停止されるのを確実に防止で
きる。
【００３８】図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明のバンプボ
ンディング方法の他の実施の形態に係るバンプ形成過程
を工程順に示した縦断面図である。この実施の形態で
は、ダイスピック工程の削減を目的として、半導体ウェ
ハ２８をこれの下面に樹脂製のシート３７を接着した状
態で吸着ステージ３３に吸着保持させる手段を用いる点
においてのみ上述の一実施の形態と相違するだけであ
り、バンプ２７を形成する工程は一実施の形態のバンプ
ボンディング方法の工程を示す図１と同様であるので、
重複する説明を省略する。
ンディング方法の他の実施の形態に係るバンプ形成過程
を工程順に示した縦断面図である。この実施の形態で
は、ダイスピック工程の削減を目的として、半導体ウェ
ハ２８をこれの下面に樹脂製のシート３７を接着した状
態で吸着ステージ３３に吸着保持させる手段を用いる点
においてのみ上述の一実施の形態と相違するだけであ
り、バンプ２７を形成する工程は一実施の形態のバンプ
ボンディング方法の工程を示す図１と同様であるので、
重複する説明を省略する。
【００３９】下面にシート３７を接着した半導体ウェハ
２８に対しても一実施の形態と同様にバンプボンディン
グ前の電極パッド２４にレーザ光Ｌを上方から照射でき
るとともに、金線９の引きちぎり工程において形成済み
のバンプ台座部２７ａにレーザ光Ｌを照射することがで
きる。これは、レーザ光Ｌの照射によって電極パッド２
４の表層面のみを加熱するだけであって、耐熱性の低い
シート３７に対しレーザ光Ｌの照射による熱伝導が殆ど
生じないからである。また、半導体ウェハ２８は、熱源
を備えていない吸着ステージ３３上に吸着固定されるの
で、半導体ウェハ２８の下面に貼着されたシート３７が
下方から加熱されることもない。したがって、この実施
の形態では、下面に耐熱性の低いシート３７が接着され
た半導体ウェハ２８のＩＣチップ１９にバンプボンディ
ングするに際して、ＩＣチップ１９の電極パッド２４に
対し下面から加熱できないが、電極パッド２４に対して
上方からのレーザ光Ｌの照射により十分に加熱すること
ができるから、一実施の形態と同様に電極パッド２４に
対し所要の接合エネルギーを付与して高い接合強度を有
する接合品質の優れたバンプを形成することができる。
２８に対しても一実施の形態と同様にバンプボンディン
グ前の電極パッド２４にレーザ光Ｌを上方から照射でき
るとともに、金線９の引きちぎり工程において形成済み
のバンプ台座部２７ａにレーザ光Ｌを照射することがで
きる。これは、レーザ光Ｌの照射によって電極パッド２
４の表層面のみを加熱するだけであって、耐熱性の低い
シート３７に対しレーザ光Ｌの照射による熱伝導が殆ど
生じないからである。また、半導体ウェハ２８は、熱源
を備えていない吸着ステージ３３上に吸着固定されるの
で、半導体ウェハ２８の下面に貼着されたシート３７が
下方から加熱されることもない。したがって、この実施
の形態では、下面に耐熱性の低いシート３７が接着され
た半導体ウェハ２８のＩＣチップ１９にバンプボンディ
ングするに際して、ＩＣチップ１９の電極パッド２４に
対し下面から加熱できないが、電極パッド２４に対して
上方からのレーザ光Ｌの照射により十分に加熱すること
ができるから、一実施の形態と同様に電極パッド２４に
対し所要の接合エネルギーを付与して高い接合強度を有
する接合品質の優れたバンプを形成することができる。
【００４０】なお、レーザ光Ｌの射出強度が強過ぎる場
合には、レーザ光Ｌが照射される電極パッド２４からＩ
Ｃチップ１９全体に熱が広がりながら蓄熱されていき、
レーザ光Ｌを繰り返し照射した場合に、電極パッド２４
の周辺箇所にも或る程度の温度上昇が生じるおそれがあ
る。そのため、この実施の形態のように樹脂製のシート
３７を半導体ウェハ２８の下面に接着した場合や弱耐熱
性のＩＣチップ１９にバンプボンディングする場合に
は、レーザ光Ｌの出力強度を調整する必要がある。
合には、レーザ光Ｌが照射される電極パッド２４からＩ
Ｃチップ１９全体に熱が広がりながら蓄熱されていき、
レーザ光Ｌを繰り返し照射した場合に、電極パッド２４
の周辺箇所にも或る程度の温度上昇が生じるおそれがあ
る。そのため、この実施の形態のように樹脂製のシート
３７を半導体ウェハ２８の下面に接着した場合や弱耐熱
性のＩＣチップ１９にバンプボンディングする場合に
は、レーザ光Ｌの出力強度を調整する必要がある。
【００４１】図３は、本発明のバンプボンディング方法
を具現化できるバンプボンディング装置の概略構成を示
す正面図である。同図において、図５と同一若しくは同
等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略
する。このバンプボンディング装置が図５の装置と相違
する点は、図５のヒートステージ２０に代えて、ヒータ
２１のような熱源を備えない吸着ステージ３３を設け、
さらに、レーザ発振器３４とレーザ射出部３２を設けた
構成のみである。したがって、上記バンプボンディング
装置によるバンプボンディング工程は、基本的な動作が
図５と同様であり、吸着ステージ３３、レーザ発振器３
４およびレーザ射出部３２を備えていることにより、図
１および図２に示したバンプボンディング方法を忠実に
具現化できる。
を具現化できるバンプボンディング装置の概略構成を示
す正面図である。同図において、図５と同一若しくは同
等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略
する。このバンプボンディング装置が図５の装置と相違
する点は、図５のヒートステージ２０に代えて、ヒータ
２１のような熱源を備えない吸着ステージ３３を設け、
さらに、レーザ発振器３４とレーザ射出部３２を設けた
構成のみである。したがって、上記バンプボンディング
装置によるバンプボンディング工程は、基本的な動作が
図５と同様であり、吸着ステージ３３、レーザ発振器３
４およびレーザ射出部３２を備えていることにより、図
１および図２に示したバンプボンディング方法を忠実に
具現化できる。
【００４２】上記レーザ射出部３２は、所定の位置決め
状態でボンディングヘッド３８のケースにホルダ３９で
固定されている。すなわち、レーザ射出部３２は、キャ
ピラリ１０に対し放電トーチ１１とは反対側に配置さ
れ、且つ半導体ウェハ２８におけるキャピラリ１０の真
下位置に向け光軸を合わせてレーザ光Ｌを斜め方向から
半導体ウェハ２８に照射できるよう位置決めされてい
る。このとき、レーザ光Ｌは斜光になるが、レーザＬの
集光密度を高めるとともにレーザ光Ｌの種類を限定する
ことにより、レーザＬの高い出力強度を確保できる。こ
のレーザ射出部３２は、最初に位置決め調整した位置に
固定されると、その後において駆動されない。これは、
レーザ光Ｌの光軸部に駆動部を持たせると、連続運転中
に軸ぶれを起こす可能性があるからである。
状態でボンディングヘッド３８のケースにホルダ３９で
固定されている。すなわち、レーザ射出部３２は、キャ
ピラリ１０に対し放電トーチ１１とは反対側に配置さ
れ、且つ半導体ウェハ２８におけるキャピラリ１０の真
下位置に向け光軸を合わせてレーザ光Ｌを斜め方向から
半導体ウェハ２８に照射できるよう位置決めされてい
る。このとき、レーザ光Ｌは斜光になるが、レーザＬの
集光密度を高めるとともにレーザ光Ｌの種類を限定する
ことにより、レーザＬの高い出力強度を確保できる。こ
のレーザ射出部３２は、最初に位置決め調整した位置に
固定されると、その後において駆動されない。これは、
レーザ光Ｌの光軸部に駆動部を持たせると、連続運転中
に軸ぶれを起こす可能性があるからである。
【００４３】また、レーザ射出部３２は、キャピラリ１
０の側方からキャピラリ１０の真下位置の半導体ウェハ
２８上に向けレーザ光Ｌを斜め方向から照射するよう位
置決めされていることにより、最初の位置決め調整した
位置に固定できる。仮に、レーザ射出部３２を半導体ウ
ェハ２８に対し垂直方向からレーザ光Ｌを照射する配置
とした場合には、或る電極バッド２４にバンプボンディ
ングを行うに際して、キャピラリ１０を上方位置に退避
させ、レーザ射出部３２を移動させて電極パッド２４の
真上位置に位置決めした状態で電極パッド２４に対しレ
ーザ光Ｌを照射したのちに、このレーザ射出部３２を電
極パッド２４の真上位置から側方に退避させて、キャピ
ラリ１０を下降させる手順で作動させることになる。そ
のため、レーザ光Ｌの照射は、上述したようなキャピラ
リ１０の下降の開始時から金ボール２３が電極パッド２
４に押し付けられるまでの間に実施するといったことが
実施できず、バンプボンディングのタクトが長くなって
生産性が低下することになる。
０の側方からキャピラリ１０の真下位置の半導体ウェハ
２８上に向けレーザ光Ｌを斜め方向から照射するよう位
置決めされていることにより、最初の位置決め調整した
位置に固定できる。仮に、レーザ射出部３２を半導体ウ
ェハ２８に対し垂直方向からレーザ光Ｌを照射する配置
とした場合には、或る電極バッド２４にバンプボンディ
ングを行うに際して、キャピラリ１０を上方位置に退避
させ、レーザ射出部３２を移動させて電極パッド２４の
真上位置に位置決めした状態で電極パッド２４に対しレ
ーザ光Ｌを照射したのちに、このレーザ射出部３２を電
極パッド２４の真上位置から側方に退避させて、キャピ
ラリ１０を下降させる手順で作動させることになる。そ
のため、レーザ光Ｌの照射は、上述したようなキャピラ
リ１０の下降の開始時から金ボール２３が電極パッド２
４に押し付けられるまでの間に実施するといったことが
実施できず、バンプボンディングのタクトが長くなって
生産性が低下することになる。
【００４４】つぎに、本発明者らが行った実施例につい
て説明する。先ず、ダイシング済みの半導体ウェハ２８
状態にあるＩＣチップ１９群の下面にシート３７を貼り
付け、この半導体ウェハ２８状態のＩＣチップ１９群を
吸着ステージ３３上に吸着固定し、電極パッド２４にレ
ーザ光Ｌを一定時間照射したのち、バンプボンディング
を行った。このとき、レーザ光Ｌ以外の熱源は使用して
いない。レーザ源としては半導体レーザを使用した。シ
ート３７はエキスパンドシートを使用した。このシート
３７の耐熱温度は８０°Ｃである。レーザ光Ｌの出力
は、電圧が１．７Ｖで電流可変タイプのドロッパー電源
を使用して、電流値を可変しながら調整した。このと
き、レーザ光Ｌの出力を可変しながら、半導体ウェハ２
８とシート３７に対するレーザ光Ｌの出力強度と温度と
の関係を予め測定した。測定の結果、半導体ウェハ２８
の蓄熱温度が８０°Ｃを超える電流レベルを確定し、そ
の電流レベル以下での実施を試みた。
て説明する。先ず、ダイシング済みの半導体ウェハ２８
状態にあるＩＣチップ１９群の下面にシート３７を貼り
付け、この半導体ウェハ２８状態のＩＣチップ１９群を
吸着ステージ３３上に吸着固定し、電極パッド２４にレ
ーザ光Ｌを一定時間照射したのち、バンプボンディング
を行った。このとき、レーザ光Ｌ以外の熱源は使用して
いない。レーザ源としては半導体レーザを使用した。シ
ート３７はエキスパンドシートを使用した。このシート
３７の耐熱温度は８０°Ｃである。レーザ光Ｌの出力
は、電圧が１．７Ｖで電流可変タイプのドロッパー電源
を使用して、電流値を可変しながら調整した。このと
き、レーザ光Ｌの出力を可変しながら、半導体ウェハ２
８とシート３７に対するレーザ光Ｌの出力強度と温度と
の関係を予め測定した。測定の結果、半導体ウェハ２８
の蓄熱温度が８０°Ｃを超える電流レベルを確定し、そ
の電流レベル以下での実施を試みた。
【００４５】バンプボンディングは、レーザ光Ｌの出力
レベルを０Ａ（つまりレーザ光Ｌを照射しない）、２０
Ａおよび２５Ａの３段階に分けて実施した。これにより
形成したバンプ２７のサイズは、バンプ台座部２７ａの
幅が８０μｍで、その高さが２０μｍである。図４は、
そのときのバンプボンディングによって形成されたバン
プ２７のシェア強度を測定したものである。シェア強度
は、形成されたバンプ２７を電極パッド２４に対し垂直
方向にピックで引っ張って、バンプ２７を電極パッド２
４との接合界面から剪断破壊するのに必要な荷重の指数
を示すものであって、バンプ２７の品質評価の代表的な
一つである。すなわち、シェア強度の高さはバンプ２７
と電極パッド２４との接合力の強さを示し、シェア強度
が高い程、バンプ２７の接合品質が高いことになる。
レベルを０Ａ（つまりレーザ光Ｌを照射しない）、２０
Ａおよび２５Ａの３段階に分けて実施した。これにより
形成したバンプ２７のサイズは、バンプ台座部２７ａの
幅が８０μｍで、その高さが２０μｍである。図４は、
そのときのバンプボンディングによって形成されたバン
プ２７のシェア強度を測定したものである。シェア強度
は、形成されたバンプ２７を電極パッド２４に対し垂直
方向にピックで引っ張って、バンプ２７を電極パッド２
４との接合界面から剪断破壊するのに必要な荷重の指数
を示すものであって、バンプ２７の品質評価の代表的な
一つである。すなわち、シェア強度の高さはバンプ２７
と電極パッド２４との接合力の強さを示し、シェア強度
が高い程、バンプ２７の接合品質が高いことになる。
【００４６】図４において、Ａはレーザ光Ｌを照射しな
かった場合、Ｂは電流値を２０Ａに設定したレーザ光Ｌ
を照射した場合、Ｃは電流値を２５Ａに設定したレーザ
光Ｌを照射した場合のそれぞれのシェア強度の測定結果
を示す。同図から明らかなように、レーザ光Ｌの出力強
度が高くなるのに伴ってシェア強度も高くなることが判
る。例えば、電流値を２５Ａに設定したレーザ光Ｌを照
射した場合には、レーザ光Ｌを照射しない場合と比較し
て、平均して約１６０％ものシェア強度の増大が見られ
た。なお、レーザ光Ｌを照射しないことは、常温状態で
のバンプボンディングの実施にほかならず、このときに
は１１０ｋＨｚの超音波振動をキャピラリ１０に付与し
たにも拘わらず、バンプ２７の接合に時折失敗した。
かった場合、Ｂは電流値を２０Ａに設定したレーザ光Ｌ
を照射した場合、Ｃは電流値を２５Ａに設定したレーザ
光Ｌを照射した場合のそれぞれのシェア強度の測定結果
を示す。同図から明らかなように、レーザ光Ｌの出力強
度が高くなるのに伴ってシェア強度も高くなることが判
る。例えば、電流値を２５Ａに設定したレーザ光Ｌを照
射した場合には、レーザ光Ｌを照射しない場合と比較し
て、平均して約１６０％ものシェア強度の増大が見られ
た。なお、レーザ光Ｌを照射しないことは、常温状態で
のバンプボンディングの実施にほかならず、このときに
は１１０ｋＨｚの超音波振動をキャピラリ１０に付与し
たにも拘わらず、バンプ２７の接合に時折失敗した。
【００４７】また、図４のシェア強度の測定結果では、
レーザ光Ｌを照射した場合、各バンプ２７間においてシ
ェア強度に比較的大きなばらつきが生じている。これ
は、レーザ光Ｌの射出をマニュアル操作で行ったため
に、バンプボンディングまでの時間に多少のばらつきが
あったためと考えられる。
レーザ光Ｌを照射した場合、各バンプ２７間においてシ
ェア強度に比較的大きなばらつきが生じている。これ
は、レーザ光Ｌの射出をマニュアル操作で行ったため
に、バンプボンディングまでの時間に多少のばらつきが
あったためと考えられる。
【００４８】つぎに、金線９の引きちぎり工程において
レーザ光Ｌを照射したときの破断状況について説明す
る。レーザ光Ｌを照射しない場合にはバンプ２７の形成
数が数１０毎に金線９の破断エラーによる装置の停止が
発生した。しかし、電流値を２０Ａまたは２５Ａに設定
したレーザ光Ｌを照射した場合には、バンプ２７の連続
生産中に金線９の破断エラーが全く発生しなかった。こ
の結果、レーザ光Ｌの照射により、形成後のバンプ２７
からこれと金線９との境界に伝わった熱が再結晶領域の
破断強度を効果的に低下させることが実証できた。
レーザ光Ｌを照射したときの破断状況について説明す
る。レーザ光Ｌを照射しない場合にはバンプ２７の形成
数が数１０毎に金線９の破断エラーによる装置の停止が
発生した。しかし、電流値を２０Ａまたは２５Ａに設定
したレーザ光Ｌを照射した場合には、バンプ２７の連続
生産中に金線９の破断エラーが全く発生しなかった。こ
の結果、レーザ光Ｌの照射により、形成後のバンプ２７
からこれと金線９との境界に伝わった熱が再結晶領域の
破断強度を効果的に低下させることが実証できた。
【００４９】
【発明の効果】以上のように、本発明のバンプボンディ
グ方法によれば、バンプボンディングすべき電極部に対
しバンプボンディングに先立ってレーザ光を照射するよ
うにしたので、電極部を構成する金属に対して熱的アブ
レーションをもたらすことができ、また、レーザ光を高
エネルギーで短時間出力するように制御することが容易
であるから、そのように制御すれば、レーザ光の照射部
分、つまりバンプボンディングすべき電極部とその極近
傍周辺のみにおける表層面のみを加熱することができ
る。したがって、半導体ウェハにおけるバンプが形成済
みの電極部とバンプ間では、従来方法のように余剰加熱
による金属拡散の進行といった不具合が生じることがな
く、金属拡散に起因する電極部とバンプとの接合界面に
おけるクラックやボイドの発生による接合不良も生じな
い。
グ方法によれば、バンプボンディングすべき電極部に対
しバンプボンディングに先立ってレーザ光を照射するよ
うにしたので、電極部を構成する金属に対して熱的アブ
レーションをもたらすことができ、また、レーザ光を高
エネルギーで短時間出力するように制御することが容易
であるから、そのように制御すれば、レーザ光の照射部
分、つまりバンプボンディングすべき電極部とその極近
傍周辺のみにおける表層面のみを加熱することができ
る。したがって、半導体ウェハにおけるバンプが形成済
みの電極部とバンプ間では、従来方法のように余剰加熱
による金属拡散の進行といった不具合が生じることがな
く、金属拡散に起因する電極部とバンプとの接合界面に
おけるクラックやボイドの発生による接合不良も生じな
い。
【００５０】また、本発明のバンプボンディング装置に
よれば、加熱手段を内蔵していないボンディングステー
ジと、電極部に対しレーザ射出部からレーザ光を照射す
るレーザ発振器とを備えているので、本発明のバンプボ
ンディング方法を忠実に具現化して、その方法と同様の
効果を確実に得ることができる。
よれば、加熱手段を内蔵していないボンディングステー
ジと、電極部に対しレーザ射出部からレーザ光を照射す
るレーザ発振器とを備えているので、本発明のバンプボ
ンディング方法を忠実に具現化して、その方法と同様の
効果を確実に得ることができる。
【図１】（ａ）〜（ｅ）は本発明のバンプボンディング
方法の一実施の形態に係るバンプ形成過程を工程順に示
した縦断面図。
方法の一実施の形態に係るバンプ形成過程を工程順に示
した縦断面図。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は本発明のバンプボンディング
方法の他の実施の形態に係るバンプ形成過程を工程順に
示した縦断面図。
方法の他の実施の形態に係るバンプ形成過程を工程順に
示した縦断面図。
【図３】本発明のバンプボンディング装置の概略構成を
示す正面図。
示す正面図。
【図４】同上の実施の形態で形成したバンプのシェア強
度とステージ温度との関係を示す特性図。
度とステージ温度との関係を示す特性図。
【図５】従来のバンプボンディング装置の概略構成を示
し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図。
し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は同上のバンプボンディング装
置によるバンプ形成過程を順に示した縦断面図。
置によるバンプ形成過程を順に示した縦断面図。
９ 金線（バンプ形成材料）
１０ キャピラリ（ボンディングツール）
１１ 放電トーチ
１９ ＩＣチップ
２３ 金ボール（ボンディングボール）
２４ 電極パッド（電極部）
２７ バンプ
２８ 半導体ウェハ
３２ レーザ射出部
３３ 吸着ステージ（ボンディングステージ）
３４ レーザ発振器
３７ シート
３８ ボンディングヘッド
Ｌ レーザ光
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 清村 浩之
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
(72)発明者 徳永 哲也
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
(72)発明者 笹岡 達雄
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 バンプ形成材料におけるボンディングツ
ールから導出された先端部にバンプとなるボンディング
ボールを形成する工程と、 熱源を有しないボンディングステージ上に固定された半
導体ウェハの電極部をレーザ光の照射によって加熱する
工程と、 加熱したのちの前記電極部に前記ボンディングボールを
押し付けながら超音波振動を付与することにより、前記
ボンディングボールを前記電極部に金属接合させてバン
プを形成する工程とを有していることを特徴とするバン
プボンディング方法。 - 【請求項２】 ダイシング工程が終了した半導体ウェハ
を、これの下面にシートを貼り付けた状態でボンディン
グステージ上に固定し、前記半導体ウェハの電極部に対
しレーザ光を上方から照射するようにした請求項１に記
載のバンプボンディング方法。 - 【請求項３】 電極部に対するレーザ光の照射は、ボン
ディングボールの形成時または形成後からボンディング
ツールが半導体ウェハに向け移動して前記ボンディング
ボールが前記電極部に当接するまでの間に行うようにし
た請求項１または２に記載のバンプボンディング方法。 - 【請求項４】 バンプを形成したのちにバンプ形成材料
を上昇させて引きちぎる際に、形成済みのバンプと前記
バンプ形成材料との境界部分にレーザ光を照射して加熱
するようにした請求項１ないし３の何れかに記載のバン
プボンディング方法。 - 【請求項５】 半導体ウェハを位置決め状態で保持可能
であって、加熱手段を内蔵していないボンディングステ
ージと、 ボンディングツールから導出したバンプ形成材料の先端
部との間にスパークを発生させてボンディングボールを
形成する放電トーチと、 前記ボンディングツールが前記半導体ウェハに対し接離
方向に移動可能に設けられているとともに、前記ボンデ
ィングボールを前記半導体ウェハの電極部に所定の加圧
力で押し付けながら前記ボンディングツールに超音波振
動を付与するボンディングヘッドと、 前記電極部に対しレーザ射出部からレーザ光を照射する
レーザ発振器とを備えていることを特徴とするバンプボ
ンディング装置。 - 【請求項６】 レーザ射出部は、ボンディングツールに
対し放電トーチとは反対側に配置されて、電極部に向け
て斜め上方からレーザ光を出射できる位置決め状態に固
定されている請求項５に記載のバンプボンディング装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001325444A JP3676995B2 (ja) | 2001-10-23 | 2001-10-23 | バンプボンディング方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001325444A JP3676995B2 (ja) | 2001-10-23 | 2001-10-23 | バンプボンディング方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003133356A true JP2003133356A (ja) | 2003-05-09 |
| JP3676995B2 JP3676995B2 (ja) | 2005-07-27 |
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ID=19142006
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2001
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| JP2013135111A (ja) * | 2011-12-27 | 2013-07-08 | Kaijo Corp | ワイヤボンディング装置及びワイヤボンディング方法 |
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