JP2009141211A - Bonding device and bonding method - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a structure of a bonding apparatus and a bonding method using the bonding apparatus.
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。 In a wire bonding apparatus for connecting a pad of an electrode part of a semiconductor chip and an electrode of a circuit board with a thin metal wire, when the wire is connected to the pad or the electrode by ultrasonic or thermocompression bonding, Surface condition is important for bonding quality. That is, if the surface of the metal layer of the pad or electrode is contaminated, moisture or foreign matter is adhered, good electrical bonding cannot be performed between the pad or electrode and the wire, and the mechanical bonding strength is weakened. The problem of end up occurs. Therefore, surface treatment for removing contamination, moisture, or foreign matter on the pad or electrode is often performed before the bonding process.
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。 Conventionally, the surface treatment for removing the contamination of the metal surface, moisture or foreign substances is sprayed on the metal surface to be joined with the moisture removal solvent and the organic contamination removal solvent, and then dried and neutralized in an inert gas atmosphere. Wet cleaning was used. However, since the apparatus for performing such wet cleaning requires supply, discharge and waste liquid treatment of the cleaning liquid, there is a problem that the entire apparatus becomes large and is difficult to be incorporated into the wire bonding apparatus.
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。 Therefore, as a method of cleaning the metal surface in a dry state without using a solvent, a method of cleaning the metal surface by irradiating with plasma has been proposed. For example, Patent Document 1 proposes a method of cleaning a metal surface by irradiating a pad surface of a semiconductor chip with argon gas plasma. Further, in Patent Document 1, in order to perform good bonding, when a wire is formed into a ball by spark, the spark voltage and current are adjusted to increase the diameter of the crystal grains and soften the ball before the semiconductor chip. There has been proposed a method of pressing and joining the pads. This method softens the ball to increase the deformation of the ball when pressed against the pad, breaks the shell of oxide film and deposits formed on the ball surface when the ball is formed by deformation, and creates a new metal surface. Good bonding is performed by exposing and pressing the new surface against the cleaned pad surface.
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。
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。 Further, in Patent Document 3, a wire extending to the capillary tip by a micro arc is formed into a ball, and the ball is bonded to the pad with a small load without using ultrasonic waves by bonding to the pad while the ball is in a molten state. And a method of bonding a wire to an electrode after irradiating the metal surface of the electrode with an argon microplasma arc to clean the metal surface.
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。
The prior art described in
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。 In the prior art described in Patent Documents 1 to 3, the surface of the electrode of the semiconductor chip pad, lead frame or substrate can be cleaned by plasma irradiation, but the ball or wire bonded to the pad or electrode is cleaned. May not be able to be performed, and good bonding may not be possible due to deposits on the ball or wire surface.
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。 Furthermore, in the prior art described in Patent Documents 1 to 3, cleaning of the pad or electrode surface and bonding are performed by separate processes, so that foreign matter may be reattached after cleaning of the pad or electrode and before bonding. In some cases, good bonding cannot be performed due to re-contamination of the surface of the pad or the electrode.
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。 An object of the present invention is to effectively perform a surface treatment of a bonding target and both initial balls and wires during the bonding process.
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。 A bonding apparatus according to the present invention includes a bonding processing unit that performs bonding processing on a bonding target with a wire inserted into the bonding tool in an inert gas atmosphere, a bonding target in the inert gas atmosphere, and the bonding tool. Plasma that irradiates either or both of the initial ball and wire at the tip with plasma gas and performs surface treatment of the bonding target and either or both of the initial ball and wire at the tip of the bonding tool And a torch.
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。 In the bonding apparatus of the present invention, the plasma torch is arranged to be inclined with respect to the bonding surface to be bonded, and the plasma is simultaneously irradiated to the bonding target and one or both of the initial ball and the wire at the tip of the bonding tool. It is also preferable that a plurality of plasma torches are provided, and that each plasma torch is arranged at equal intervals around the center line of the bonding tool.
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。 The bonding apparatus of the present invention includes a chamber for holding the inside in an inert gas atmosphere, the plasma torch is attached to the chamber, and the bonding processing unit is also suitable for performing a bonding process in the chamber, The chamber is attached to the gantry, and the bonding processing unit includes a stage for moving the bonding target in a direction along the bonding surface of the bonding target, and a bonding head for moving the bonding tool in a direction contacting and leaving the bonding target. It is also suitable.
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。 In the bonding apparatus of the present invention, the bonding tool is attached to a bonding head that moves the bonding tool in a direction along the bonding surface to be bonded, moves with the bonding tool along the bonding surface to be bonded, and is supplied to the bonding target. The plasma torch is attached to the moving plate and holds the inert gas in the inert gas region and the tip of the bonding tool in the inert gas region. The initial ball and either or both of the wire and the wire are irradiated with a plasma gas, and the bonding processing unit is suitable for performing a bonding process in an inert gas region. Cover the surface and the surface opposite the bonding surface Comprising a cover plate, the moving plate is able to slide along the cover plate of the bonding surface side, it is also suitable as.
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。 The bonding apparatus of the present invention includes a cover for holding the bonding apparatus in an inert gas atmosphere, and the plasma torch is attached to a bonding head that moves the bonding tool in a direction along the bonding surface to be bonded. It is also preferable that the plasma gas is a plasma of a mixed gas of rare gas and hydrogen, and a mixing nozzle for mixing hydrogen into the plasma rare gas is provided. This is also preferable.
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。 The bonding method of the present invention is a bonding method in which a bonding target is bonded to a bonding target by a wire inserted into a bonding tool, and the bonding target, the initial ball at the tip of the bonding tool, and the wire are bonded by a plasma torch in an inert gas atmosphere. Irradiating plasma gas to either one or both, bonding treatment is performed while performing surface treatment on the bonding target and either or both of the initial ball and wire at the tip of the bonding tool. And
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。 In the bonding method of the present invention, a plasma torch is preferably used to irradiate the bonding target and one or both of the initial ball and wire at the tip of the bonding tool with plasma gas at the same time. The mixed gas of gas and hydrogen is preferably converted to plasma, and the surface treatment is performed by mixing hydrogen into the rare gas that has been converted to plasma, and either or both of the bonding target and the initial ball and wire. It is also preferable to irradiate with.
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。 The present invention has an effect that the surface treatment of the bonding target, both the initial ball and the wire can be effectively performed during the bonding process.
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。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
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。
The
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。
The bonding
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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
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。
As shown in FIGS. 1 and 2, two plasma
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。
An inert gas supply device (not shown) is connected to the
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。
As shown in FIG. 3, the
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。
As shown in FIG. 3, the high-frequency
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。
As shown in FIG. 3, the
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。
As shown in FIG. 4, when the
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。
The state in which the capillary 17 is on the
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。
Further, even when there are more than two
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。
In the present embodiment, it has been described that each of the
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。
The surface treatment and bonding treatment of the
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。
As shown in FIG. 2, the
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。
The
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。
As shown in FIG. 5, when the height of the
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。
The plasmaized gas is irradiated on the surface of the
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。
Since the above-described surface treatment is performed inside the
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。
When the
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。
As shown in FIG. 7, when the bonding of the
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。
As shown in FIG. 8, when the capillary 17 is raised to the looping height, the
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。
As shown in FIG. 9, when the center of the capillary 17 comes on the
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。
As described above, the
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。
Further, in the
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。
As described above, the
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。 Another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Parts similar to those of the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 9 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
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。
As shown in FIG. 10, a
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。
The
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。
As shown in FIG. 10, the
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。
As shown in FIGS. 10 and 11, the
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。
Two plasma
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。
The configurations of the
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。
An inert gas supply device (not shown) is connected to the square
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。
The surface treatment and bonding treatment of the
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。
As shown in FIG. 11, the
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。
The
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。
As shown in FIG. 11, when the height of the
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。
The plasmaized gas is irradiated from two directions on the surface of the
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。
Since the above surface treatment is performed inside the square
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。
The
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。
As shown in FIG. 12, when the bonding of the
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。
As shown in FIG. 12, when the center of the capillary 17 comes on the
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。
The
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。
Moreover, since the
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。
In the
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。
If the
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。
Hereinafter, a
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。
The
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。
The
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。
Further, the
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。
An inert gas supply device (not shown) is connected to the
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。
Similar to the previous embodiment, the two
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。
Similar to the
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。
Since the entire apparatus of the
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。
Moreover, since the
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。
The
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。
In the present embodiment described above, a rare gas such as argon is used as a plasma source gas. However, nitrogen may be used as a plasma source gas instead of the rare gas. In addition, it has been described that hydrogen gas is mixed with a rare gas and then converted to plasma, or hydrogen gas is mixed into the plasmad rare gas from the hydrogen-mixing
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。
Moreover, although each embodiment demonstrated the case where the
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。
10, 110, 120 Bonding device, 11 mount, 12 chamber, 12a top plate, 13 bonding stage, 14 transport path, 14b opening, 14c groove, 14e grooved rail, 14a upper cover plate, 14d lower cover plate, 15 bonding Head, 16 Bonding arm, 17 Capillary, 18 Wire, 19 Initial ball, 19a Crimp ball, 20 Plasma torch, 21 Tip, 22 External electrode, 23 Gas introduction pipe, 24 Gas pipe, 25 Electric wire, 26 Jet, 28
Claims (14)
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。 In an inert gas atmosphere, a bonding processing unit that performs a bonding process on a bonding target with a wire inserted into a bonding tool;
In an inert gas atmosphere, the bonding target and one or both of the initial ball and wire at the tip of the bonding tool are irradiated with plasma gas during the bonding process, and the bonding target and the initial of the bonding tool tip are irradiated. A plasma torch for surface treatment of either or both of a ball and a wire;
A bonding apparatus comprising:
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。 The bonding apparatus according to claim 1,
The plasma torch is arranged so as to be inclined with respect to the bonding surface to be bonded, and simultaneously irradiates the bonding target and either or both of the initial ball and the wire at the tip of the bonding tool,
A bonding apparatus characterized by the above.
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。 The bonding apparatus according to claim 1 or 2,
Provided with a plurality of plasma torches, each plasma torch is arranged at equal intervals around the center line of the bonding tool in the circumferential direction,
A bonding apparatus characterized by the above.
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。 The bonding apparatus according to any one of claims 1 to 3,
It has a chamber that keeps the interior in an inert gas atmosphere,
The plasma torch is attached to the chamber,
The bonding processing unit performs the bonding process in the chamber,
A bonding apparatus comprising:
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。 The bonding apparatus according to claim 4,
The chamber is attached to the cradle,
The bonding processing unit includes a stage for moving the bonding target in a direction along the bonding surface of the bonding target, and a bonding head for moving the bonding tool in a direction contacting and separating from the bonding target;
A bonding apparatus characterized by the above.
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。 The bonding apparatus according to any one of claims 1 to 3,
It is attached to the bonding head that moves the bonding tool in the direction along the bonding surface of the bonding target, moves with the bonding tool along the bonding surface of the bonding target, and holds the inert gas supplied to the bonding target. Equipped with a moving plate that reveals the inert gas region,
The plasma torch is attached to a moving plate and irradiates a bonding target in the inert gas region and / or one or both of the initial ball and wire at the tip of the bonding tool in the inert gas region with plasma. ,
The bonding process part performs the bonding process in the inert gas region,
A bonding apparatus characterized by the above.
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。 The bonding apparatus according to claim 6,
With a cover plate that covers the bonding surface to be bonded and the surface opposite the bonding surface,
The moving plate slides along the cover plate on the bonding surface side,
A bonding apparatus characterized by the above.
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。 The bonding apparatus according to any one of claims 1 to 3,
With a cover that holds the bonding device in an inert gas atmosphere,
The plasma torch is attached to a bonding head that moves the bonding tool in a direction along the bonding surface to be bonded;
A bonding apparatus characterized by the above.
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。 The bonding apparatus according to any one of claims 1 to 7,
The plasma gas is a gas mixture of rare gas and hydrogen,
A bonding apparatus characterized by the above.
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。 The bonding apparatus according to any one of claims 1 to 7,
Providing a mixing nozzle that mixes hydrogen into a noble gas that has been turned into plasma,
A bonding apparatus characterized by the above.
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。 A bonding method for performing a bonding process on a bonding target with a wire inserted into a bonding tool,
In an inert gas atmosphere, the object to be bonded by the plasma torch, one or both of the initial ball and wire at the tip of the bonding tool is irradiated with plasma gas, and the bonding target and the initial ball at the tip of the bonding tool are Performing a bonding process while performing a surface treatment with one or both of the wires,
A bonding method characterized by the above.
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。 The bonding method according to claim 11,
Irradiating the gas to be bonded to the object to be bonded and / or one or both of the initial ball and the wire at the tip of the bonding tool with a plasma torch,
A bonding method characterized by the above.
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。 The bonding method according to any one of claims 11 to 12,
Making a mixed gas of rare gas and hydrogen into plasma,
A bonding method characterized by the above.
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。 The bonding method according to any one of claims 11 to 12,
In the surface treatment, hydrogen is mixed into the plasmad rare gas and irradiated to the bonding target and one or both of the initial ball and the wire,
A bonding method characterized by the above.
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