JP2013153236A - 超音波ボンディング方法及びボンディング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波ボンディング中に品質制御を行う方法及び装置を提供する。
【解決手段】トランスジューサ／ボンディング・ツールユニット及び超音波発生器が用いられ、ボンディング中に可変である１又は複数のパラメータについての計測信号をボンディング中に検知するために１又は複数のセンサが用いられることにより、ボンディング品質を評価し、かつ／又は、ボンディングに影響を及ぼす。超音波ツールの振動方向におけるその先端の時間対速度プロフィールを示す少なくとも１つの速度プロフィール計測信号がボンディング中に検知される。ボンディング装置はこの方法を実行するに適切である。さらに超音波ボンディングのための他の品質制御方法及びこれらの方法を実行するために適切なボンディング装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボンディングされた接合部分、特に、超音波によりワイヤボンディングされる接合部分の形成及び品質制御のための方法に関し、さらに、これらの方法を実行するために適切な構成、並びに斯かる構成を備えたボンディング装置、特にワイヤボンダーに関する。この点において、本発明は、特に、ウェッジ−ウェッジ・ボンディングにも関連する。本発明の全体的な目的は、特に、汎用技術と比較して品質制御の生産性及び信頼性の向上に関連する。

ウェッジ−ウェッジ・ボンディングは、広く知られており、チップと基板の間の電気的接触を構築するための信頼性ある技術である。この技術は、パワーエレクトロニクスにおいてもマイクロエレクトロニクスにおいても用いられている。ボンディング工程の品質を監視すなわちモニタリングするために、製造中に所定の割合の製品が抜き取られ、破壊試験に供され、その製造バッチ全体の品質が、統計的手法により評価される。

特に、安全性が問題となる領域においては、更なる品質制御に対する要請により、上述の破壊試験に加えてライン上での監視を可能とする幾つかの方法が近年開発されてきた。大きく捉えると、２つの方法を挙げることができる。１つは、ボンディング接合部分の非破壊機械試験であり、これは、接合部分に対して小さい力（引張力又はせん断力）を与えることによりその強度を評価する。もう１つは、超音波発生器又はトランスジューサの位置センサから直接得られる信号の計測に基づく方法である。

第２の方法は、計測変数として、トランスジューサを流れる電流、超音波発生器の出力電圧若しくはワイヤの変形、又はこれらの変数の組合せを用いる。

プロセスウィンドウを規定するための操作変数として寄与するのは、ボンディング強度、超音波パワー及びボンディング時間である。これらの方法は、特許文献１〜３に記載されている。これらの方法の本質的な特徴は、計測される変数が、ユーザにより予め設定される特性曲線に従うプロフィールと共に変化することである。この方法の欠点は、不良ボンディングによる接合部分であっても、そのような変形及び電流のプロフィールを示すことがあることである。その結果、どのような場合にも特定の設定手順が必要でありながら、接合品質を決定するには全く不十分であり、そのため、不良ボンディングを確実に検知するには不適切である。

この欠点を改善しようとする試みは、特許文献４及び５に見ることができる。上述の方法においては、１つの計測変数のみが品質計測の基準として考慮され計測された。最近の方法においては、上述の変数を組み合わせて、これらから品質基準を導出することが試みられている。ここでは、電流の替わりに、トランスジューサの電気アドミッタンスが変数として用いられ、この変数は、超音波パワーに対して最大限の程度まで独立している。接合部分の品質に関してより信頼性ある知見を得るために、アドミッタンスのプロフィールとワイヤの変形との組合せ及びそれらの間の相関性を用いることが試みられている。

米国特許第４，６０６，４９０号明細書 欧州特許第０ ３６８ ５３３Ｂ１ 欧州特許第０ ５４０ １８９Ｂ１ 欧州特許第１ ０２３ １３９Ｂ１ 欧州特許第１ ３４２ ２０１Ｂ１ 欧州特許出願公開第１ ７８９ ２２６Ａ１公報 国際公開ＷＯ２００６／０３２３１６Ａ１パンフレット

これらの方法は、目的を達成することができない。なぜなら、用いられる複数の計測変数が、接合領域に生じる物理的なプロセスと十分に相関しないからである。例えば、電気的共振（電流と電圧の間の位相角＝ゼロ）は、機械的共振（ツール先端の速度と電圧の間の位相角＝ゼロ）と対応しないため、電気的変数のみを用いるシステムは、機械的共振によっては動作しない。ツール先端の速度も、接合される部品間の摩擦も、いわば、接合部分の形成において直接的で決定的に重要な物理変数であるが、これらは、上述の方法によっては記録されない。

膜に装着されたセンサを使用することが、出願人による特許文献６及び７に記載されている。

既に知られている上述の方法は、接合部分の品質と接合部分に対する処理とを対応付けて評価するための本質的なデータを取得するには、不適切である。この点で、これらの方法は、完全自動ボンダーにおける品質モニタリングに対する要請を満足させることができない。

第１の態様において、本発明は、超音波ボンディング、特に超音波ワイヤボンディング中の品質制御方法を基本とする。この態様においては、トランスジューサ／ボンディング・ツールユニット及び超音波発生器が用いられ、そしてボンディング中に変化し得る１又は複数のパラメータについての計測信号が、接合部分の品質を評価するために、かつ／又は、特にボンディング工程を制御又は調整することによりボンディングに影響を及ぼすために、１又は複数のセンサによりボンディング中に検知される。

上述した従来技術における問題に鑑み、本発明の目的は、先ず、品質制御の可能性を向上させることであり、特に、接合部分の形成に重要な又は有用な更に別の物理変数を含めることである。

本発明のこの目的を達成する解決手段は、最近発見された知見に基づいている。それは、ウェッジ先端速度及び接合部品間の摩擦が、接合部分を形成する上で重要な物理変数すなわちパラメータであり、これらは、ボンディング動作の評価のために有用というものである。従って、これらの物理変数すなわちパラメータが、センサ計測信号から抽出され、評価ユニットにより利用可能とされる必要がある。この評価ユニットは、参照として適切なモデルに基づいており、これを基本として、プロセスデータの評価が可能となる。

この目的を達成するために、本発明は、先ず、方法のステップを提供する。ボンディング中、超音波ツール先端の振動方向における時間対速度プロフィールである少なくとも１つの速度プロフィールの計測信号が検知される。この速度プロフィール計測信号は、特に品質的に又は位相変化に関して、超音波ツール先端の振動方向における超音波ツール先端の時間対速度プロフィールを表す。この点で、ツール先端すなわちウエッジ先端の時間対速度プロフィールは、ボンディング動作の計測変数としてすなわち可変パラメータとして、その観測が可能なパラメータ（ボンディングパラメータ）といえる。これにより生成された計測信号は、後工程の評価のための入力変数として用いられ、特にボンディングの品質を評価したり、ボンディング動作を制御及び／又は調整したりするための入力変数として用いられる。

可変信号発生源からの１又は複数の更なる入力信号を追加することも可能である。このプロセスに関連する全ての変数が、対象となる。例えば、運動機構におけるワイヤ変形、超音波システムにおける周波数、電流と電圧の位相差、及び超音波流、並びにさらに別のセンサからの変数、例えば、機械的超音波振動、及び、ウェッジ速度と超音波流の位相差である。これらのパラメータすなわち計測変数は、連続的若しくは実質的に連続的に、又は適切なクロックレートにて記録することができる。

ボンディング接合部分の形成中すなわちボンディング動作中に、各計測変数について決定された複数の数値は、ベクトル（特徴ベクトル）を形成するべく一列の数値として結合される。このベクトルは更なる評価及び用途のために利用可能である。

所定の時間間隔で記録される複数の数値について、そして付加的に互いにグループ化されてベクトルを形成する複数の数値についても、時間経過に亘る一連のそれらの数値を、以下"プロフィール"と称することとする。ツール先端の振動方向におけるツール先端の時間対速度プロフィールの記録又は解像度は、一般的に正弦波成分及び／又は余弦波成分からなる時間プロフィールが再現されるように極めて微小な時間増分により行う場合に適切と考えられる。この点に関し、ツール先端の時間対速度プロフィールのために、そして必要であれば更に別の計測変数のために、リアルタイムで明確な記録を行うことが可能である。好適には、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)ベースの電子技術を用いる。これは、追加インタフェースによりＤＤＳ(Digital Data Storage)超音波発生器に接続可能である。

計測変数すなわちボンディングパラメータに関して決定された１又は複数の上述のセンサ計測信号から、さらに別のプロセス関連変数を導出することも可能である。特に、ツール先端すなわちウェッジ先端とワイヤの間の摩擦、ワイヤと基板の間の摩擦、基板に対するワイヤのカップリング、及びツール先端すなわちウェッジ先端の偏位又は速度に関連する又はこれらを表す導出変数を得るために、ツール先端の速度プロフィールから決定されたセンサ計測信号を用いることが可能である。計測信号からの導出信号の生成は、例えば、コンピュータ処理、そして特に、１又は複数の計測信号の変形（例えば、フィルタリングも）により行うことができ、かつ／又は、多数（例えば、２つ、３つ、．．等）の計測信号のコンピュータによる組合せにより行うことができる。

さらに、導出変数として考慮できるものは、例えば、２つの計測変数であるツール先端速度と発生器電圧との比としての機械アドミッタンスである。他の例としては、発生器の電流と電圧の比としての電気アドミッタンス、並びに、電気アドミッタンスの逆数である電気インピーダンスがある。

さらに、相似関数（テクスチャ比較）に基づいた変数は、更に別の可能な入力変数である。これらは特に、品質指標の計算のためでもあり、また、本発明の別の態様によるものである。これらの入力変数の各々は、１つのベクトルを表し、その長さは記録持続期間、サンプリングレート、及び、付加的には適用された予備的処理動作に依存する。

本発明による方法の好適な発展形態によれば、速度プロフィールの計測信号が、圧電センサにより記録されることが好ましい。圧電センサは、好適には、超音波トランスジューサの装着体内又は装着体上に設置される。そして圧電センサを用いることにより、特に、進行する超音波励起波に対して垂直な横方向の伸長を計測することが可能となる。圧電センサは、好適にはこの目的のために用いられ、例えば、出願人による特許文献７に記載されている。この特許文献７の内容全ては本願に含まれるものとし、またこれは、本願の請求の範囲に記載した１又は複数の特徴を含む。

驚くべきことに、このようなセンサによる検知において位相位置を示すセンサ電圧は、比較のためにレーザ干渉計により計測したツール先端すなわちウェッジ先端の速度と一致していることが判明した。この知見に基づいて、本発明による方法の発展形態においては、超音波発生器から超音波トランスジューサへ与えられる時間対発生器電圧プロフィールが計測され、時間対発生器電圧プロフィールと速度プロフィールの計測信号の間の位相差が、例えば位相比較器により決定され、そして、その位相差が低減するように、好適には実質的に又は正確にゼロとなるように、超音波ツールの振動周波数が超音波発生器により設定又は変更される。

これにより機械的共振の状態を発生させることができる。このことは、ボンディングの接合部分の形成において大きな利点をもたらす。これは、一方では、この機械的共振の状態において、ウェッジツールに対する圧電振動の最適な伝達が行われるためであり、また他方では、極めて損失が少なくなるためである。

本発明においては、制御された方法により機械的共振の状態に近づけることが可能である。従来、このことは不可能であった。その１つの理由は、ボンディング装置において時間対速度プロフィールを計測できなかったからであり、よって、これを利用した対応する用途もまた知られていなかった。その替わり、従来は、電気的共振を設定することにより伝達動作及び損失を改善することが試みられたが、ほとんど成果は得られなかった。この従来の試みでは、位相比較器を用いてトランスジューサ電流とトランスジューサ電圧の間の位相差を決定し、そして位相調整器を用いて振動周波数の位相差をゼロに変化させる調整を行っていた。

しかしながら、電気的共振の状態は、一般的に、所望する機械的共振の状態とは一致しないため、制御された方法でその設定をすることは不可能であった。その後、ツール振動において、その速度プロフィールが圧電センサの計測信号と非常に類似しており、しかも、機械的共振を極めて正確に設定できる高スペクトル成分まで非常に類似していることが見出された。ＰＬＬすなわちフェーズ・ロック・ループは、それ自体周知であるが、例えばこれを、上述の位相差をゼロに調整するために用いることができる。

本発明による方法の更なる適切な発展形態に見られるように、各ボンディング動作中又はボンディング動作後に、速度プロフィールの計測信号を用いることにより、摩擦値対時間プロフィールが、摩擦値の実際のプロフィールとして又は実際のベクトルとして決定される。この摩擦値は、各ボンディング動作の持続中に変化する摩擦力の変動を特徴付けるものである。速度対時間プロフィールに基づいた摩擦値対時間プロフィールの決定は、当業者に周知の手法により行うことができる。その手法は、ボンディング動作中の個々の特定時点の摩擦値からなる一連の摩擦値を、ツール先端の多数の計測信号から導出して決定することを含んでもよい。

得られた”摩擦値信号”すなわちその時間プロフィールは、ボンディングツール、ボンディングワイヤ及び例えば基板の間のボンディング動作中における集約的な信号として理解できる（上述も参照）。ボンディング動作中に得られた摩擦値信号は、例えば、更に別のコンピュータ処理のためのベクトルとして取り扱うこともできる。これに対応して、速度値及び摩擦値並びにこれらから導出された値についてのベクトルとして、例えば、アドミッタンスを生成できる。

本発明においては、後続するボンディングに影響を及ぼすための、かつ／又は、ボンディング結果（接合部分の品質）を評価するための要請に従って、これらのプロフィールを多様に利用することが可能である。好適には、特定時点におけるボンディング動作のプロセス状態から決定された摩擦値（上述した導出変数の意味）を、別の、かつ／又は後続のボンディング動作を制御及び／又は調整するために、利用することが可能である。好適には、例えば、ボンディング強度、超音波パワー、ボンディング時間及び／又は超音波周波数等の操作変数に対して影響を及ぼす過程でこれを利用する。

これに替えて又はこれに組み合わせて、ボンディング動作又はボンディング接合部分の品質を特徴付ける品質指標を、摩擦値対時間プロフィールと、予め設定された設定点摩擦値対時間プロフィール、又は、学習フェーズにおいてコンピュータにより予め決定され記憶された設定点摩擦値対時間プロフィールとから、決定することも可能である。これは、好適には、以下に説明する構成による。例えば、導出される摩擦値の設定点プロフィールもベクトルとして表され、そのベクトルの各成分が、時間的に関係する実際のベクトルの各成分とステップ毎に比較される。例えば、偏差ベクトルが、各成分間の差から形成される。先行する学習フェーズにおいて、計測変数及び／又は導出変数の設定点プロフィールを生成可能であることに関し、以下の記載も参照する。

さらに、好適にはボンディング強度、超音波パワー、ボンディング時間及び／又は超音波周波数等の操作変数に対して影響を及ぼす過程で、後続のボンディング動作を制御及び／又は調整するために上述の品質指標を利用することも可能である。

さらに好適な利用として、制御及び／又は調整の間に、かつ／又は、臨界値に達したとき警告信号を発するために、特にボンディング強度、超音波パワー、ボンディング時間及び／又は超音波周波数等のボンディングプロセスにおいて操作変数に影響を及ぼすために、品質指標が利用される。

個々のボンディング動作中に生じる振動方向におけるツール先端速度プロフィール及びそれらから導出されたプロフィール（特に、導出された摩擦値）は、ボンディング条件に依存しており、汎用的な評価パラメータ（特に、ワイヤ変形）と比べてボンディング動作の品質についてより信頼性ある知見を与え得ることが判明した。

本発明の方法により、従来と比べてボンディングの品質についてより正確なモニタリングが可能となり、かつ、必要に応じて（例えば、ボンディング条件を変化させる場合）、ボンディングの均一で良好な品質を得るために操作変数に対してより良く影響を及ぼすことが可能となる。特に、ボンディングプロセスを制御及び／又は調整することにおいて、導出される摩擦値の設定点と実際値との比較を組み込んでもよい。また、さらに別のパラメータを考慮対象としてもよい。

上述の第１の態様に関して、本発明には、ボンディング装置も含まれる。好適には、ワイヤボンダーであり、超音波ボンディング接合部分の形成及びその品質制御のための装置である。この装置は、トランスジューサ／ボンディング・ツールユニットと超音波発生器と共に、ボンディング中に可変である少なくとも１つのパラメータの計測信号を得るための少なくとも１つのセンサを備える。本発明の提示するボンディング装置は、超音波ツール先端の振動方向における超音波ツール先端の時間対速度プロフィールを表す速度プロフィール計測信号の生成に適した少なくとも１つのセンサを具備する。この点に関する好適な応用形態として、請求項９〜１４の特徴を参照する。その利点と効果については、本明細書全体の記載及び図面を参照する。もちろん、本発明は、この点と関係する超音波発生器を含んでおり、この超音波発生器が、ウェッジ先端の速度と超音波電圧の間の位相を調整することにより、本システムはその機械的共振状態において位相ゼロで動作することができる。

上述の関係及び特徴を基本として、本発明は、その第１の態様において、プロセスに組み込まれた品質モニタリングモジュールの生成に関係する。本発明は、特に、摩擦値と機械アドミッタンス（ウェッジ先端の速度と発生器電圧との比）とを用い、具体的には、予め設定した参照データ（設定点データ）と関係付けることが好ましい。この場合、複数の外部センサ値の処理を行ってもよい。さらに、トランスジューサ−ウェッジ・システムを、その機械的共振の状態で、又は付加的にその電気的共振の状態で動作させてもよい。摩擦及びウェッジ速度についての導出変数は、計測変数から決定することができる。

本発明の第２の態様は、超音波ボンディング中、特に超音波ワイヤボンディング中の品質制御方法に関する。この方法においては、トランスジューサ／ボンディング・ツールユニット及び超音波発生器が用いられ、ボンディング中に可変である１又は複数のパラメータの計測信号が、ボンディング中に検知される。これは、特に、接合部分の品質を評価し、かつ／又は、ボンディングに対して影響を及ぼすために行う。

上述の従来技術に鑑み、本発明の更に別の態様の目的は、上述の方法の利点をさらに発展させることであり、それにより特に、接合部分の品質のより正確な信頼性のある評価を可能とすることである。

本発明の目的は、先ず、以下の構成により達成される。
− ボンディング動作中、１又は複数のパラメータについての計測信号、例えば特に超音波発生器若しくはトランスジューサの電流強度及び／若しくは電圧、及び／又は、ワイヤ変形、及び／又は、超音波周波数若しくは共振周波数、及び／又は、ツール速度が、センサにより記録され、そしてそれぞれ時間的な実際のプロフィールとして与えられ、メモリに保持される。
− １又は複数のパラメータから導出される変数についての１又は複数の実際のプロフィールが、ボンディングプロセスの１又は複数のパラメータについての計測信号から生成される。
− １又は複数の実際のプロフィールがそれぞれコンピュータ処理に供され、特に、各パラメータ又は各パラメータからの導出変数に関する実際のプロフィールに関係付けられてメモリに記憶された設定点プロフィールと比較する処理をされる。実際のプロフィールの各値と、時間的に互いに関係する設定点プロフィールの各値とをそれぞれ比較することにより、偏差プロフィールが決定される。
− 各ボンディング動作又は各ボンディング接合部分の品質を集約的に特徴付ける個別品質指標Ｑｉ及び／又は全体の品質指標Ｑが、１又は複数の偏差プロフィールから適切なコンピュータ処理によりそれぞれ計算される。そして、記憶され、かつ／又は、後続のボンディングプロセスを制御又は調整するために用いられる。

個別品質指標Ｑｉの決定は、本発明の構成において特徴抽出（図面も参照）と称されるが、後述するように、明確かつ有用な手法による接合部分の品質のモニタリングを可能とする。さらに、ボンディング接合部分の形成（すなわち、いわゆるボンディング）のプロセスを制御及び／又は調整することを可能とする。本発明の構成においては、多変数評価すなわち多変数モニタリングが好適である。

実際のプロフィール、設定点プロフィール及び偏差プロフィールは、原則的に又は一般的に、また本発明の他の態様と関連して、例えば、好適には基本の計測信号について時系列で記憶される複数の数値による１次元ベクトルすなわち一連の数値である。これに関して、プロフィールと称する替わりにベクトル（特徴ベクトル）と称してもよい。すなわち、実際のベクトル、設定点ベクトル及び偏差ベクトル、等と称する。単純な形式において、それらは複数の数値からなる列として理解され、それらの数値の個数は、特に計測に用いるクロックレートとボンディング動作又は計測の持続期間とに依存する。好適には、実際のベクトルと設定点ベクトルが、同じ次元及び長さを有することにより、２つのベクトル間で対となる値が、一連のステップ又は計測時（すなわち時点）にて互いに関係付けられ、偏差ベクトルの値を生成するべく極めて明確な手法でそれぞれ評価することができる。

上述のように、本発明は、計測変数及び／導出変数から特徴プロフィールすなわち特徴ベクトルを生成することを提示する。個別品質指標Ｑｉの計算において、その対象となる特徴ベクトルすなわち偏差ベクトルは、スカラー変数に変換されることが好ましい。品質指標計算の基となる特徴ベクトルすなわち特徴プロフィールの個数をｎで示すとすれば、これは、同じ次元又は異なる次元をもつであろうｎ個の特徴ベクトルを、ｎ次元の１つの特徴ベクトル（結果ベクトル）にマッピングすることである。この結果ベクトルの各成分は、スカラー変数として、対象とする各特徴ベクトルの数学的な値に対応する。

品質指標Ｑの計算において、少なくとも幾つかの偏差プロフィールに対しそれぞれ重み付けすることが好ましく、特に、予めメモリに記憶された情報に従って互いに独立して重み付けすることが好ましい。計算において、１又は複数の偏差プロフィールに対し時間により又はそれらの変動により（すなわち偏差ベクトルの種々の成分の値により）様々に重み付けすることにより、品質評価の精度を向上させることができる。本発明の方法は、個別品質指標Ｑｉが、各偏差プロフィールから適宜のコンピュータ処理を用いてそれぞれ決定されるように実行されることが好ましい。特に、各偏差プロフィールが、記憶された情報に従って時間により又は変動により重み付けされていることが好ましい。さらに、品質指標Ｑは、多数の個別品質指標Ｑｉから、記憶されたアルゴリズムに従って計算されることが好ましい。

これらの方法ステップは、現時点で見出された知見に基づいている。すなわち、異なるボンディング・パラメータ（若しくはそれらから導出された変数）又はそれらについて計測された時間プロフィールは、ボンディング動作中に含まれる所与の時間領域によって、ボンディングの品質評価に影響する重要度が異なる、という知見である。このことは、本質的とみなされる個々のボンディング・パラメータのみをボンディング持続時間全体に亘って考慮するモデル、あるいは、技術的に計測される全てのパラメータを常に考慮するモデルでは、正確な品質評価に不十分であることを意味する。品質評価は、ボンディングプロセス条件及びそれに作用する影響の攪乱に依存するからである。

本発明の方法は、１つのボンディング・パラメータが、ボンディング動作中の所与の時間領域においてより大きな又はより小さな重要性をもつという知見を、自動品質制御方法に対し、すなわち当該方法の実行に適切なボンディング装置に対して組み入れるものである。対応する知見及び関連性は、試験により決定され、その後、例えばエキスパート・システム等のデータベースに蓄積される。その後、対応するボンディング条件下において、すなわち同じ参照システムにおいてボンディング接合部分が生成される場合、その蓄積された情報が主メモリにロードされることにより、高度に調整された品質評価が可能となる。

例えば、所与の予備条件下においては、ボンディング動作の終了時にかけてワイヤ変形の時間プロフィールに対してより重要度を付与することが有用な場合がある。同様に、例えば、ボンディング動作中の終盤領域に比べて開始領域における摩擦変動を示すプロフィールに対してより大きな重みを付与することが有用な場合がある。もちろん、必要に応じて、所与のパラメータに対して、ボンディング動作の持続中の全ての時間に亘って同じ重み付けを行ってもよい。重要な点は、種々のボンディング・パラメータの各々に対して重み付けをすることができ、かつ、互いに独立して重み付けをすることができることである。

同様に、操作変数に影響を及ぼすためにボンディングプロセスをリアルタイムで制御又は調整する場合にも、ボンディング・パラメータに対して個別に重み付けしてもよい。例えば、超音波パワーについては、ボンディング動作中の開始領域における最初のボンディング・パラメータに対しより大きな重み付けをして影響を及ぼしてもよく、また、ボンディング動作の終了時にかけて別のボンディング・パラメータについての設定点対実際値の比較において、より大きな重み付けをして影響を及ぼしてもよい。

上述の構成において、本発明の方法は、各ボンディング・パラメータについて、ボンディング動作中の所定の時間領域における値のみを、その重み付けの結果として考慮するようにしてもよい。例えば、ボンディング動作中のそれ以外の時間領域においては、重み付けをゼロとすることもできる。常に考慮対象とされるボンディング・パラメータは、ボンディング動作中は常に記録されるが、品質評価における個々のボンディング・パラメータの重み付けは、時間領域によって異なってもよい。種々の重み付けを予め設定する以外に、種々のパラメータの開始時点と終了時点を予め設定してもよい。パラメータの重み付けの急激な変更に替えて又はこれと組み合わせて、重み付け関数を予め設定することも可能である。重み付け関数では、重み付け要因が微小ステップで又は実質的に連続的に変化する。これは、例えば、重み付けベクトルを予め設定することにより可能である。

上述の通り、種々のパラメータの計測信号から導出変数を生成することも、適切なコンピュータ処理を用いることにより可能である。さらに、コンピュータ処理により、それらの導出変数について予め記憶された設定点プロフィールと比較することにより、それらの個々の実際のプロフィールから偏差プロフィールを決定することができる。そして、これらの偏差プロフィールを、時間により個々に重み付けされた品質指標の決定に用いることができる。上記の通り、”比較”という語は、ここでは、種々のデータ処理及びコンピュータ動作において可能な意味において広く解される。単純な例では、比較は、単なる減算または一対の設定点値と実際値の間の差の生成を意味するが、他のアルゴリズムも可能である。例えば、ベクトルにより予め設定された設定点プロフィールに関する限り、例えばこれらがメモリ内に具体的に（例えばエキスパートシステムから創出されて）予め設定されていてもよく、あるいは、後述するように学習フェーズにおいて予め決定されていてもよい。上述の方法の自動化については、少なくとも１又は複数のステップが、ソフトウェアを用いてコンピュータにより支援された手法で実行されることが好ましい。好適な発展形態においては、後続のボンディング動作を制御及び／又は調整するために、決定された個別品質指標又は品質指標を用いることができる。操作変数は、好適には、ボンディング強度、超音波パワー及びボンディング時間である。

第２の態様に関する限り、本発明はさらに、超音波によるボンディング接合部分の形成及び品質制御のためのボンディング装置、好適にはワイヤ・ボンダーも含む。これは、上述の方法の実行に適した請求項２４の構成に関する。ボンディング装置の好適例においては、さらに請求項２５〜３１の構成を参照する。それらの構成の効果及び利点については、本明細書全体の記載を参照する。

電流、ワイヤ変形、共振周波数、ウェッジ速度、超音波電圧と電流の位相差、ウェッジ速度と電圧の位相差等の計測変数すなわちパラメータ、並びに、アドミッタンス又はインピーダンス及び摩擦値等のセンサ計測信号から導出された導出変数は、予め設定された又は学習された時間プロフィール（設定点プロフィール）と比較される。後の品質指標の計算のために、個々の計測変数の導出変数及び関連する設定点曲線すなわち設定点プロフィールから、重み付けされた入力変数が決定される。個々の変数の重み付けと、これらの変数を考慮する時間領域とを、設定可能である。

本発明の第３の態様は、超音波ボンディング中の品質制御方法に関する。当該方法においては、トランスジューサ／ボンディング・ツールユニット及び超音波発生器が使用され、かつ、ボンディング中に可変である１又は複数のパラメータについての計測信号が、ボンディング品質を評価するために、かつ／又はボンディングに影響を及ぼすために検知される。

汎用システムによる計測では、特に比較的大径のワイヤを用いる場合、記録される物理変数が、ボンディング表面、基板材料、構造の剛性、システム全体の基準振動、使用するウェッジ及びワイヤ、等に依存して極めて大きく変化することが知られている。大径ワイヤ／ボンダーの場合、適用条件に依存してプロセス変数が大きく揺らぐために、全ての適用条件に使用可能な参照データとしての特性曲線を用いることができない。

この背景技術に鑑み、本発明のさらに別の目的は、広汎な適用条件において、様々な開始予備条件にも拘わらず、対象とする入力データの評価のために適切な参照データ（設定点データ）を生成できる、あるいは同様の意味においてそのようなデータを学習できる方法及び装置を提供することである。

この目的は、以下の本発明の構成により達成される。
− ボンディング装置について予め特定の設定を行った少なくとも１つの特定のボンディング参照システムのために、学習フェーズが実行される。ボンディング参照システムに関連して、学習フェーズは、特定の集合であるすなわち特定の数の学習ボンディング動作をデータベース内に備える。
− 学習ボンディング動作の持続中、時間的に平行して１又は複数のボンディングプロセスのパラメータについての計測信号、例えば、超音波発生器の電流強度及び／又は電圧、ワイヤ変形、超音波周波数又は共振周波数、並びに／又は振動方向におけるツール速度等のパラメータについての計測信号が、複数のセンサによりそれぞれ記録され、時間的学習プロフィールとしてメモリにそれぞれ保持される。
− 学習ボンディング動作における収集により、少なくとも１つのパラメータについて、各時点すなわち各計測ステップにおける計測信号の値についての確率密度の分布すなわち相対的確率が、統計モデルを用いて決定される。それらの時点は、各学習プロフィールについて一定すなわち同じでもよいが、異なっていてもよい。
− 各確率分布について最大値がそれぞれ決定され、種々の確率分布の最大値から特性予測曲線が形成される。特性予測曲線は、当該パラメータの学習設定点プロフィールとして記憶される。

センサを用いた計測信号の検知は、連続的に、実質的に連続的に、又は任意であるが所望するクロックレートで行ってもよい。選択された用語である”学習フェーズ”は、ボンディング方法又はボンディング装置によるこのフェーズ中に参照プロフィールの役割を果たす設定点プロフィール（設定点ベクトル）が自動的な手法で生成されることを示す意図で用いている。この意味において、学習フェーズと称する替わりに、参照プロフィールすなわち設定点プロフィールの生成フェーズと称してもよい。

十分に高品質なボンディング接合部分の形成を確保するプロセス・パラメータを有する安定なプロセスが、様々な開始予備条件について存在すると想定すると、直接計測された各計測変数及び各導出変数についての関連する統計を学習できる。この学習フェーズは、その後の自動動作中に、品質指標の計算のための基準となる参照データを生成する役割を果たす。よって、種々のプロセスについて特別にプログラムとして組み込まれた特性曲線は無い替わりに、特性曲線がシステム自体により上記の前提に基づいて生成される。

上述と同じ変数を、入力変数として用いることができる。学習された統計に基づいて、偏差を定量的に評価でき、品質指標計算に用いることができる。

異なるボンディング参照システム、すなわちボンディング条件に関して異なるシステムにおいて、各設定点プロフィールが別個の学習フェーズにおいてそれぞれ生成されるための適切な手順が考慮されている。例えば、第１の参照システムの場合はセラミック基板であり、第２の別の参照システムの場合はコネクタであり、第３の参照システムの場合はチップである、等である。異なるボンディング条件の間の違いは、異なる設定点プロフィールを導出するが、特に、いわゆる大径ワイヤ・ボンディングの場合に重要である。なぜなら、小径ワイヤ・ボンディングの場合に比べて大きな偏差が生じ得るからである。この点に関し、例えば特定のセラミック基板について異なるワイヤ径と組み合わせる場合、別の参照システムが形成され、すなわち関連する個々の設定ポイントベクトルが生成されることが適切である。

実際に、特定の参照システムについての設定点プロフィールの生成に伴う手順では、最初のボンディング動作中に、後の自動動作中に品質評価の対象とする全ての計測変数が、平行して記録され、別のベクトルとして記憶される。さらに、計測変数から導出される導出変数のベクトルを生成することもできる。このステップは、続いて、第２のボンディング動作において繰り返され、さらに続くボンディング動作においてくりかえされる。１つのボンディング集合は、例えば、１００個（又は、別の個数）のボンディング動作を含む。計測変数のプロフィールが例えば５０kHzのサンプリングレートで記録され、かつ、ボンディング動作レートが１０m／秒である場合、各計測変数すなわち計測変数プロフィールについて５００個の計測値が得られる。

ボンディングプロセスにおいて所望通りに機能させるためのボンディング装置のプロセス・パラメータ（例えば、ボンディング強度、超音波パワー及びボンディング時間）の設定においては、大部分の、特に統計的に大きな割合のボンディング接合部分が良好な品質の接合部分を生じ、最小の割合の、特に統計的に極めて小さな割合の不良な品質の接合部分が生じるような特定の参照システムが、学習フェーズにおいて選択されるべきである。このような設定は、熟練者により経験的に予め選択されるか、例えば、エキスパート・システム等のデータベースから取得される。

学習フェーズ中、設定点曲線すなわち設定点プロフィールに入力する全ての計測変数についての値は、互いに時間的に平行して記録される。この場合、信号処理構成要素（例えば、コンピュータユニット、アナログ伝達要素等）を用いることにより計測信号を生成する種々の方法があり得る。

学習された設定点プロフィールは、その後、ボンディング接合部分の形成方法（製造動作すなわち自動動作）において、超音波接合部分の品質制御のために用いることができる。このために、特定のボンディング参照システムにおけるボンディング接合部分の形成について、先行する学習フェーズ中に生成された設定点プロフィールが、例えばデータベースから与えられ、それらが例えばメモリに読み込まれる。ボンディング動作の持続期間中に、１又は複数のパラメータの計測信号が、適切なセンサを用いてそれぞれ記録され、時間的な実際のプロフィールとしてメモリに保持される。そして、少なくとも１つのパラメータについて、偏差プロフィールが、いわゆるエラーベクトルとして決定される。この決定は、実際のプロフィールと学習フェーズで学習された設定点プロフィールとにより行われる。これは、既に述べた通り、例えば、設定点ベクトルと実際のベクトルの互いに関係付けられる時点の値をコンピュータ処理により比較することで実行される。

適切な発展形態においては、確率分布の最大値の周囲に特定の大きさの信頼区間が、統計的モデルのために予め決定される。個々の確率分布において、下方の区間境界及び／又は上方の区間境界における値が決定され、下方の区間境界の値からは下方の特性境界曲線が形成され、かつ／又は、上方の区間境界の値からは上方の特定境界曲線が形成され、そして、ボンディング接合部分の形成中に決定された実際のプロフィールが、下方の特性境界曲線及び／又は上方の特性境界曲線とコンピュータ処理により比較される。特に、上方の特性境界曲線を上回っている場合、及び／又は、下方の特性境界曲線より下回っている場合、エラー信号を発生し、データベースに記憶し、後に当該ボンディング製品を分別したり修復したりするために識別手段により当該ボンディング製品を識別し、さらに、プロセス制御／調製システムによりユーザ入力を要求する。

各ボンディング動作について計算された品質指標Ｑ（すなわち、１又は複数の個別品質指標Ｑｉ）が、特定の限界値を上回った場合又は下回った場合に、別の形態を設けてもよい。当然であるが、各パラメータについて前述の偏差プロフィールが、必要に応じて決定される。導出パラメータについての設定点プロフィールが、パラメータについての計測信号又は予測プロフィールから学習フェーズにおいて決定され、後続のボンディング接合部分の形成中、当該導出パラメータについての実際のプロフィールが、計測信号又は計測信号の実際のプロフィールから決定され、そして、当該導出パラメータに関する偏差プロフィールが、当該導出パラメータについての互いに関係する設定点プロフィール及び実際のプロフィールから決定される。

計測変数及び／又は導出変数についての上述の偏差プロフィールは、一部については、図面を参照して説明する１又は複数の特徴において、個別品質指標及び／又は品質指標を決定するために用いられる。上述の方法の場合も、少なくとも１又は複数の方法ステップが、ソフトウェアを用いたコンピュータ支援による手法で自動的に実行される。

第３の態様に関する限り、本発明は、超音波ボンディング接合部分の形成及び／又は品質制御のためのボンディング装置、好適には超音波ワイヤボンディング装置も含む。これは、請求項４２の構成であり、この点に関して上述した１又は複数の特徴をもつ本発明の方法を適切に実行するために形成され、この目的に適応される。このようなボンディング装置の好適な発展形態の特徴は、請求項４３〜４５に記載されている。これらの構成の効果及び利点については、本明細書全体の記載及び図面を参照する。

上述した内容に関し、本発明は、品質計算に基づいて製品及び周囲条件に依存した統計モデルを生成するための適切な自己学習システム、装置及び方法を提供することにも関連する。理論的には、品質計算は、計測変数として与えられかつ／又は計測変数からの導出変数としてリアルタイムで計算される所望する個数の入力変数を含むことができる。計算には、例えば、計測変数の変換、ウェーブレット解析による変換、分散推定、等を含む。上述の入力変数（実際のプロフィールすなわち実際のベクトル）を参照データ（設定点プロフィールすなわち設定点ベクトル）と共に用いることにより、プロセス統合品質モニタリングモジュールを形成することが可能である。参照データは、対応する学習フェーズにおいて学習されているか、あるいは、別のプロセスにおいて自動的に生成されている。

この種の品質モニタリングモジュールは、本発明のボンディング装置において、ハードウェアモジュールとしても、ソフトウェアモジュールとしても構築できる（このようなボンディング装置は、本発明のさらに別の態様でもある）。この種のモジュールもまた、独立項の構成として本発明の範疇に含まれる。一定数の入力ベクトルを対象としてもよい。また、同じ時間領域又は異なる時間領域における異なる計測変数同士の相関により、又は、異なる時間領域における同じ計測変数同士の相関により、特徴ベクトルを生成してもよい。さらにまた、モニタリングユニットからのフィードバックにより、可変数の入力ベクトルを対象としてもよい。本発明は、最終的には、モニタリングユニット及び適応品質計算により拡張された一組の入力データを用いることにより、プロセス統合品質モニタリングモジュールを形成できる。エラーベクトルをスカラー品質変数に変換することもできる。

本発明の第４の態様は、超音波ボンディング、好適には超音波ワイヤボンディング中の品質制御方法に関し、当該方法では、トランスジューサ／ボンディング・ツールユニット及び超音波発生器が用いられ、かつ、ボンディング中に可変である多数のパラメータの計測信号がボンディング中に検知され、好適には、ボンディングの品質を制御するために、かつ／又はボンディングに影響を及ぼすために、検知される。

これに基づいて、本発明の目的は、この種の方法を有利に発展させることであり、特に、動作状態のより良好なフィードバックを可能とすることである。

本発明のこの目的は、以下の特徴により達成される。ボンディング動作の持続期間中、好適には超音波発生器又はトランスジューサの電流強度及び／又は電圧、及び／又はワイヤ変形、及び／又は超音波周波数若しくは共振周波数、及び／又はツール速度等の多数のパラメータの計測信号が、センサにより記録され、それぞれ時間的な実際のプロフィールとして与えられ、好適にはメモリに記憶される。そして、１又は複数のパラメータから導出される導出変数についての１又は複数の実際のプロフィールが、ボンディングプロセスの１又は複数のパラメータについての計測信号から生成可能であり、多数の実際のプロフィールがそれぞれ、各パラメータ又は導出変数についての実際のプロフィールに関係付けられメモリに記憶された設定点プロフィールとのコンピュータによる比較処理に供され、実際のプロフィールについてそれぞれ偏差プロフィールが決定される。好適には、時間的に互いに関係付けられる個々の値の比較により決定される。個別品質指標（スカラー変数）は、それぞれ、適切なコンピュータ処理を用いて偏差プロフィールから計算され、少なくとも１つのボンディング接合部分についての複数の個別品質指標は、ボンディング指標グループとして、好適にはエキスパートシステムであるメモリに記憶された多数の異なるメモリ指標グループと比較される。それらは、特定のパラメータ又は導出変数に関連する個別品質指標の値により互いに異なっている。この比較には、少なくとも１つの予め設定された類似基準を用いる。そして、少なくとも１つの類似基準が満足されたならば、１つのメモリ指標グループと関係している。

上記の個別品質指標の決定は、本発明の範囲において、特徴抽出とも称される。単純な適用例においては、個別品質指標が、関係する偏差ベクトルの値すなわちスカラー値から、数学的な値を生成することにより決定できる。好適には、メモリ指標グループの類似基準が満足されたとき、電気的分類信号が自動的に生成され、情報を出力させかつ／又はボンディング装置を制御又は調整するために用いられる。ボンディング装置の動作状態、好適には別のエラー状態に関する別のデータが、それぞれ、メモリ内の別のメモリ指標グループに関係づけられ、かつ、生成された分類信号すなわちエラー分類信号が、この動作状態すなわちエラー状態に関する情報を出力させることが、適切である。

本発明のさらに別の態様は、独立して重要でもある。特徴抽出中に生成される個別品質指標（これらは、既に時間的基準を有していない）及び／若しくは品質指標、並びに／又は、ボンディング動作中に形成されたボンディング接合部分の分類信号が、コンピュータ処理を行うモニタリング装置により異常接合について解析される。その場合、既知の関係及び統計が考慮される。この方法を発展させるために、異常接合に属する個別品質指標のグループが、新たなメモリ指標グループとしてメモリに記憶され、動作状態すなわちエラー状態に関するデータと結合される。異常接合からの、好適には実際のプロフィールである計測信号は、コンピュータ処理により統計的に導出変数へと変換される。そして、それにより生成された実際のプロフィールが、重要な特徴やプロフィール等について検査される。

本発明のさらに別の態様は、同様に独立して重要でもある。重要な特徴が現れている導出変数は、後続のボンディングプロセス中に品質指標の計算に用いられる。このようにして、特徴抽出のための入力ベクトルの数と、指標グループに含まれる値の将来の数とが、１だけ増分される。このようなモニタリングシステムでは、品質モニタリングが常に拡張され又はチェックされ、可能な限り最良に適合するモデル形成が実現できる点で有利性を確保できる。

本発明のさらに別の態様は、同様に独立して重要でもある。ボンディング指標グループとメモリ指標グループとの間の予め設定された偏差により、特に電気信号が、同時に進行するボンディング動作及び／又は後に実行されるボンディング動作を制御又は調整するために自動的に生成されかつ好適にはリアルタイムで用いられる。この点に関し、これは、既知のメモリ指標グループ又はエラー分類に依存するネガティブ・フィードバックである。この方法は、ボンディング装置の設定及び／又は保守作業の後に、上述の１又は複数の特徴に従って自動的な手法で行われることが好ましい。この方法は、ソフトウェアを用いたコンピュータ支援された手法により自動的に、上述の１又は複数の特徴に従って行われることが適切である。

第４の態様に関する限り、本発明はさらに、超音波ボンディング接合部分の形成及び品質制御のためのボンディング装置、好適には超音波ワイヤボンディング装置を含む。これは、請求項５７の構成により、本発明の方法を実行することが適切である。好適な発展形態は請求項５８〜６２に記載されている。それらの効果及び利点については全明細書及び図面を参照する。

上述の説明により、本発明は、ボンディングプロセス中に発生する可能性のあるエラーを分類することができ、それらのエラーをエラー分類に自動的に割り当て、自動的な手法でボンディングエラーを指摘する。これに関し、本発明はまた、特徴抽出における入力テクスチャに依存して修正変数をリアルタイムで生成し、プロセス制御システムに対してフィードバックすることができる。品質計算において、トレンド解析の形で修正変数を生成し、プロセス制御システムに対してフィードバックすることも可能である。さらに別の適用例として、ユーザによる介入をモニタリングし保守作業をチェックすることも可能である。本発明は、エラーベクトルをスカラー品質変数へ変換することも可能とする。

上述の種々の態様に関する限り、本発明は、それぞれ説明したボンディング装置に加えて、それらが本発明の各方法を実行するために適切かつ十分な構成部品又はモジュールも含む。これに関し、対応する構成部品又はモジュールもまた、本発明の独立請求項の構成となる。

本発明の複数の形態は、添付の図面を参照して以下に説明される。図面には、本発明による方法及び本発明による装置の好適な実施例が示されている。

本発明による、個別品質指標のコンピュータ処理による決定のために適切な装置の構成図及び個別品質指標並びに手順を示した図である。 パラメータ又は導出変数の学習される統計モデルを表したグラフである。 サンプリングレートについての計測変数の確率密度を表した３次元グラフである。 図２に示した曲線プロフィールに基づいて、９５％の選択された信頼区間を示すグラフである。 ボンディングエラーの分類のための本発明による装置及び方法の構成図である。 図５に基づいて、プロセス制御又は調整システムに対する分類ユニットからのフィードバックを伴う発展形態を示す図である。 電気的共振を設定するための超音波発生器によるボンディング装置及びボンディング方法の概略構成図である。 本発明による機械的共振を設定するための超音波発生器によるボンディング装置及びボンディング方法の概略構成図である。

図１は、全体の品質指標Ｑ及び個別品質指標Ｑｉ（すなわち、Ｑ１〜Ｑｎ）を計算するために適切な構成要素の好適な構成を示している。ウェッジ速度及び摩擦値を含む導出変数は、特別な信号処理ユニットIの支援により生のセンサデータから決定される。上述のリアルタイムで決定される計測変数である電流、アドミッタンス、ワイヤ変形及び共振周波数等とともに、先ず、評価ユニットIIのいわゆる特徴抽出部において、これらの変数の各々について個別品質指標Ｑｉが計算される。その後、これらの個別品質指標Ｑｉは、全体の品質指標Ｑのための品質計算を行うために計算ユニットIIIへ送られ、そこで、重み付けされた個別品質指標Ｑｉから各ボンディング接合部分の品質指標ＱすなわちＱｇｅｓが計算される。その後、この品質指標Ｑは、メモリIVに記憶される。操作変数は、例えば、ボンディング強度、超音波パワー、ボンディング時間及び／又は超音波周波数である。個別品質指標Ｑｉ．．．Ｑｎは、品質指標Ｑを計算し得るベクトルとして扱うことができる。各成分Ｑｉ（すなわち、Ｑ１〜Ｑｎ）は、計測変数又は導出変数の偏差プロフィールすなわち偏差ベクトルからそれぞれ計算されたスカラー値を表している。例えば、スカラー値は１つのベクトル成分の値でもよく、特に、その各成分に関連して重み付けされてもよい。

接合部分の品質を評価するために適切な、接合部分を形成する１つのモデルは、計測データから生成できる。本発明の一態様においては、計測データが、学習フェーズ中に記録される。図２〜図４は、個々の計測変数に対して適用可能な統計モデルを生成するときの好適な手順、すなわち基本手順を示している。図２には、一例として、所定のサンプリングレートにおける１つの計測変数の確率分布が示されている。

全てのサンプリングされた計測変数が記録されかつそれらの振幅の相対頻度が考慮されると、各ベクトル成分の値に関して２次元の確率密度関数が、このように得られる。この種の確率分布は、図３にも一例として同様のものが示されている。この表示から、個々の計測変数についての設定点プロフィールは、各平均値とみなした設定点ベクトルすなわち設定点プロフィールの複数の成分により生成される。各平均値が、各サンプリングレートを時間軸上にとった座標系にプロットされ、それらの点がライン（ベジェ曲線、スプライン曲線等）により連結されたならば、学習された適用条件におけるその計測変数の特性曲線が得られる。これは、本発明により、設定点ベクトルすなわち設定点プロフィールが生成された（すなわち学習された）ということである。これらの数値のシーケンスは、時間ベクトルとして解釈してもよい。その複数の成分は、正に１つのサンプリングレートに関連付けられる。

しかしながら、複数の成分が、他の計測変数の特定の複数の値に関連付けられる入力ベクトルを用いることも可能である。それにより、各ベクトルが必ずしも、等間隔のサンプリングレートに割り当てられる複数の成分を含むとは限らなくなる。同様に、特徴ベクトルの長さも異なる場合がある。なぜなら、システムに対するそれらの影響が、異なるサイズの参照変数の範囲において重要となる場合があるからである。

統計モデルは、入力変数に応じて選択されてもよい。代表的な統計モデルにおける参照ボンディングの最小数は、選択されたモデルに依存する。原則的に、その目的は、できるだけ大きくかつ代表的なランダムサンプルを取得することである。最小サイズは、システムにより一定に予め設定されている。分散範囲又はすなわち信頼区間の大きさ（図４）は、設定可能なパラメータであり、例えば９９％の分散範囲とする。ランダムサンプルの各中心点の周囲の分散範囲すなわち信頼区間の位置（図４）は、学習された確率密度関数から取得され、そして結果的に選択されたモデル及び参照データに依存する。

品質計算は、好適には２つの段階に分かれている。すなわち、特徴抽出である個別品質指標Ｑｉの決定（図１のブロックII）と、全体の品質指標Ｑの品質計算（図１のブロックIII）である。先ず、各サンプリングレートに属する期待値（統計的な最大値）が、２次元の確率密度関数から各変数（ボンディングプロセスのパラメータ又は導出変数）について計算される。全ての入力変数（入力ベクトルの複数の成分）について、計測値とランダムサンプル参照値（平均値、中央値、重心、等）の間の距離が決定される。これらの特徴ベクトルは、信頼区間の拡がりに対して成分毎に規格化されることが好ましい。

評価のために、統計的に公知の方法を用いることができる。品質指標の計算においては、各計測変数に対して異なる統計モデルが用いられる。それらの統計モデルは、対象モデルに対して可能なかぎり最良に適合するものである。個々の値の重み付け及びそれらの値を考慮する時間領域を設定できる。例えば、ワイヤ変形プロフィールは、ボンディングプロセスの開始時にはあまり重要ではなく、所与の状況下では、この段階で超音波により導入される変形が全く生じないこともある。従って、プロセスの最初のミリ秒の間はワイヤ変形を観測しなくてもよい。他の物理的影響については、特に溶接プロセスの開始時において極めて重要な場合がある。例えば、接合される部品間の摩擦の時間プロフィールである。最終的に、複数のＱｉからなるベクトルは、さらに別の変換に供され、それにより、擾乱させる影響を修正された導出変数が得られる。このようにして、さらに別の特徴ベクトルが生成される。

次の段階では、特徴抽出の入力段階におけるｎ個の特徴ベクトルが、出力段階におけるｎ個のスカラー値にマッピングされる。これらは、再度、ｎ個の成分をもつ１つのベクトルとみなされ、品質計算のための入力変数として供される。品質計算においては、このベクトルが、それらの成分の有意性に従って構築された手順により、スカラー値にマッピングされる。このスカラー値が、探索されている全体の品質指標Ｑである。構成によっては、操作者による介入を必要とするような閾値が、設定可能なパラメータとなる。

上述の構成の継続又は発展形態において、特徴ベクトル（Ｑ１．．．Ｑｎ）又はエラーベクトルが、後続ステップにおいて、それらに関係付けられたエラーに関し分類可能である。図５は、これに適したシステムの基本構成を示している。品質指標の計算は、原則的には、第２の実施例で説明した通りに行われる。さらに別に設けられたモジュールが、その結果をエラー分類に割当て、エラーの原因を特定できる（図５のブロック１、２、３を参照）。

信号予備処理部及び超音波発生器からの生データは、特徴抽出（図５の１．３．１）のためにのみ用いられるのではなく、リアルタイムで動作しないモニタリングユニットに対しても同様に渡される。このモニタリングユニットは、品質計算及びエラー分類の結果を同様に受け取る（図５の１．３．２及び１．３．３）。特徴抽出、品質計算及びエラー分類の各々は、さらに別の入力を有し、それらを介してモニタリングユニットの結果が、品質計算にフィードバックされる。

モニタリングシステムは、上述の値を公知の統計を考慮して逐次処理する。例えば、基板が替えられたときや、予め設定された数のボンディング接合部分が形成されたときに起動し、先ず、異常についての入力データを検査する（図５の２．１、（異常接合、分類））。異常接合が見つかった場合、それらはブロック２．２（自動又はユーザガイドによる接合不良の学習）へ送られ、ユーザに通知される。不良なボンディング接合部分の検査後、対応するエラー名称をシステムに通知するか、又は、検査結果に基づいて新たな特徴を品質特徴として公開する。もしユーザ入力がされない場合は、モニタリングシステムが、ニーモニック参照なしで、自動的にその異常を分類し、自動的に生成されたＩＤコードを割り当てる。この新たなデータベクトルは、ブロック２．３のモニタリングユニットへ送られ、そこで、新たな特徴ベクトルへと形成される。そこから、リアルタイムシステムへフィードバックされ（図５のブロック１．３．１、経路Ａ）、特徴抽出のための入力ベクトルの数が１だけ増分される（図５のブロック１．３．１）。ここで説明した形態においては、この新たな入力ベクトルは、外部から来た生データと信号処理ユニットを経た変形データとの組合せに相当する。図５のブロック１．２を参照されたい。

結果的に、品質計算／エラー分類のための入力ベクトルの次元は、同様に１だけ増分される。新たな特徴ベクトルは、さらにブロック２．３からブロック２．４へ送られる（品質計算と分類の適応）。この区画において、新たなデータに基づいて一貫性について検査され、付加的であるが、適応されて品質計算及びエラー分類へ戻される（図５のブロック１．３．２及び１．３．３、経路Ｂ）。このようにして、モニタリングシステムにより、品質モニタリングが常に拡張され又はチェックされ、そして、可能な限り最良に適合するモデル形成の実現を確保できる。

本発明のさらに別の態様においては、計算された品質及び対象とするモデルの知見により、モデルからの偏差がリアルタイムに、各計測変数に属しかつ一般的に時間の関するであるベクトル成分の計算中に既に通知可能である。そして、プロセスは、当該プロセスの稼働時に適切なパラメータ適応により影響を受けることができる（図６の１．３．１及び１．３．２から１．２へのネガティブフィードバックを参照）。ネガティブフィードバックを設けたシステムは、特許文献４にも記載されているが、それは、特性曲線の形である特定の予め設定されたモデルにのみ基づくものである。それらのエラー分類によるエラー分類の決定及びネガティブフィードバックについては、記載されていない。この点で、本発明は、完全に新規な解決手段を提供するものであり、溶接プロセスに影響する変数に対し、エラーに関係したネガティブフィードバックを行うことを可能としたものである。

本発明のさらに別の態様は、独立して重要なものであり、上述のボンディング装置の方法ステップ及び特徴を、ユーザ介入の検査のために用いることが可能である。トランスジューサ−ウェッジシステムの正確な知見に基づいて、例えば、トランスジューサが保守作業後に正確に適合されたか否か、ウェッジが適切に導入されかつウェッジ螺子の正しい予備張力で固定されたか否か、を検査することも可能である。学習されたテクスチャすなわちプロフィールに基づいて、正確に機能させるべくクランプ及びボンディング保持の状態を検査することも可能である。

図７及び図８のブロック１には、第１の実施例による超音波発生器の重要な構成要素が示されている。比較器１及び２はそれぞれ、電流及び電圧の正弦波信号を方形波信号に変換する。比較器のゼロ交差点はそれぞれ、正弦波振動のゼロ交差点に一致する。その後、超音波信号の電流と電圧の間の位相差を決定するために、位相比較器が用いられる。このようにして決定された実際の位相値は、入力変数として下流側の位相調整器（ＰＩＤコントローラ）に与えられる。共振についての設定点位相値は、ゼロである。位相調整器の出力変数は、ＤＤＳ（ダイレクト・デジタル・シンセサイザ：Direct Digital Synthesizer）の入力変数である。変数θｃｏｒｒは、位相増分であり、これに基づいてＤＤＳの出力信号の周波数が設定される。この信号は、その後、電力増幅器により増幅され、超音波トランスジューサへ与えられる。位相調整器は、負荷（トランスジューサ−ウェッジシステム）において結果的に生じるＤＤＳの周波数が超音波電圧と超音波電流の間の位相差をゼロとするように、その出力における変数θｃｏｒｒを変化させる。このような構成は、電気的共振の設定に適切である。

図８は、図７に関して変形した実施例を示しており、電流又はそれに替わるセンサ信号を、位相比較のために比較器を通過させるか否かを選択することが可能である。位相オフセット（位相ずれ）を無視すると、替わりのセンサ信号は、ウェッジ速度の計測信号であり、この点で、機械的共振の設定に用いることができる。

開示された全ての特徴は（それ自体）本発明に関係する。上述された本発明の各態様、特にそれらの各特徴を含め、本発明の１又は複数の他の態様及びそれらの特徴と組合せ可能である。関連し添付された優先権書類の開示内容（先の特許出願の複写）もまた、本願の請求の範囲におけるこれらの書類の特徴を含めるために、その開示全体を本願の開示に含めるものとする。

Claims (14)

1. 超音波ボンディング中の品質制御のために、トランスジューサ／ボンディング・ツールユニット及び超音波発生器が用いられ、ボンディング接合部分の品質を評価するために又はボンディングに対して影響を及ぼすために、ボンディング中に可変である１又は複数のパラメータについての計測信号がボンディング中に検知される、超音波ボンディング中の品質制御方法において、
   − ボンディング動作の持続中に、少なくともツール速度を含む１又は複数のパラメータについての計測信号が、センサを用いることにより計測されて時間的な実際のプロフィールとしてそれぞれ与えられ、
   − ボンディングプロセスにおける前記１又は複数のパラメータの計測信号から導出される、少なくともワイヤと基板の間の摩擦又は機械的アドミッタンスを含む導出変数についての１又は複数の実際のプロフィールが生成され、
   − 前記１又は複数の実際のプロフィールの各々は、各設定点プロフィールとの比較処理のためにコンピュータ処理に供され、各設定点プロフィールは、前記パラメータ又は前記導出変数についての各実際のプロフィールと関係付けられてメモリに記憶されたものであり、かつ、実際のプロフィールと設定点プロフィールの各々において互いに時間的に対応する各値を比較することにより、実際のプロフィールについての偏差プロフィールが決定され、
   基準としての前記設定点プロフィールでは、確率分布の最大値の周囲に特定の大きさの信頼区間が統計的モデルのために予め決定され、その確率分布において下方の区間境界又は上方の区間境界における個々の値が決定され、下方の区間境界の値からは下方の特性境界曲線が形成され、又は、上方の区間境界の値からは上方の特定境界曲線が形成されており、ボンディング接合部分の形成中に決定された前記実際のプロフィールは、下方の特性境界曲線又は上方の特性境界曲線とコンピュータ処理により比較されて前記偏差プロフィールが決定され、
   − 各ボンディング動作又は各ボンディング接合部分の品質を集約的に特徴付ける個別品質指標Ｑｉ及び品質指標Ｑが、１又は複数の前記偏差プロフィールからコンピュータ処理によりそれぞれ計算され、かつ、後続のボンディング動作を制御又は調整するために記憶されかつ用いられることを特徴とする
   超音波ボンディング中の品質制御方法。
2. １又は複数の前記偏差プロフィールが重み付けされ、かつ、その重み付けは、時間により、変動により、又は、前記計算中の該偏差プロフィールの種々の成分に関係して可変であることを特徴とする
   請求項１に記載の超音波ボンディング中の品質制御方法。
3. 前記設定点プロフィールは、予め具体的に設定されるか、又は、学習フェーズにおいて予め決定されることを特徴とする
   請求項１又は２に記載の超音波ボンディング中の品質制御方法。
4. １又は複数の前記偏差プロフィールは、独立して若しくは互いに関係して重み付けされ、又は、時間的に重み付けされ、かつ、１又は複数の前記個別品質指標Ｑｉ及び前記品質指標Ｑは、その時点で進行中のボンディング動作又は後続のボンディング動作を制御又は調整するために用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の超音波ボンディング中の品質制御方法。
5. 超音波ワイヤボンディング中の品質制御のために、トランスジューサ／ボンディング・ツールユニット及び超音波発生器が用いられ、ボンディング接合部分の品質を評価するために又はボンディングに対して影響を及ぼすために、ボンディング中に可変である１又は複数のパラメータについての計測信号がボンディング中に検知される、超音波ボンディング中の品質制御方法において、
   − 少なくとも１つの特定のボンディング参照システムのために学習フェーズが実行され、データベース内のボンディング参照システムに関連してボンディング装置の特定の設定を予め決定し、該学習フェーズは、学習ボンディング動作の特定の集合を有しており、
   − 学習ボンディング動作の持続中、ボンディングプロセスの１又は複数のパラメータについての計測信号が、時間的に平行してセンサによりそれぞれ記録され、時間的な学習プロフィールとしてそれぞれメモリ内に保持され、該パラメータは、超音波発生器の電流強度又は電圧、ワイヤ変形、超音波周波数又は共振周波数、又はツールの振動方向におけるツール速度を含み、
   − 少なくとも１つのパラメータについて、統計モデルを用いることにより学習ボンディング動作の集合から、各時点すなわち各計測ステップにおける計測信号の値の相対的確率である確率密度の分布が決定され、
   請求項３に記載の超音波ボンディング中の品質制御方法。
6. − ボンディング接合部分の形成のために、又は、自動動作中のボンディング参照システムのために、学習フェーズ中に生成される設定点プロフィールが設けられ、
   − ボンディング動作の持続中、１又は複数のパラメータについての計測信号がセンサによりそれぞれ記録され、実際のプロフィールとしてメモリに保持され、かつ、少なくとも１又は複数のパラメータについて、それらの実際のプロフィールと、学習フェーズで決定されたそれらの設定点プロフィールとから偏差プロフィールが決定されることを特徴とする
   請求項５に記載の超音波ボンディング中の品質制御方法。
7. 前記偏差プロフィールが、その時点で進行中のボンディング動作又は後に実行されるボンディング動作を制御又は調整するために用いられることを特徴とする
   請求項５又は６に記載の超音波ボンディング中の品質制御方法。
8. ボンディング動作の持続中に、超音波発生器若しくはトランスジューサの電流若しくは電圧、ワイヤ変形、又は、超音波周波数若しくは共振周波数を含む１又は複数のパラメータについての計測信号が、センサを用いることにより計測されて時間的な実際のプロフィールとしてそれぞれ与えられることを特徴とする
   請求項１〜７のいずれかに記載の超音波ボンディング中の品質制御方法。
9. 請求項１〜４のいずれかに記載の品質制御方法を実行するべく構成された、超音波ワイヤボンダーを含む超音波ボンディング装置であって、超音波ボンディング接合部分の形成及び品質制御のために、超音波発生器と、トランスジューサと、ウェッジであるボンディング・ツールと、ボンディング中に可変である種々のパラメータについての計測信号をリアルタイムで検知するための１又は複数のセンサとを有し、該パラメータとして、超音波発生器又はトランスジューサの電流強度又は電圧、ワイヤ変形、超音波周波数又は共振周波数、又はボンディング・ツールの振動方向における該ボンディング・ツールの速度を含む、超音波ボンディング装置において、
   − 前記パラメータについての計測信号を準備し、該パラメータから導出されるアドミッタンス、インピーダンス、速度又は摩擦値である導出変数を決定する信号処理ユニット（I）を有し、
   − 前記信号処理手段（I）の構成要素として、前記パラメータ又は該パラメータから導出された前記導出変数の実際のプロフィールを生成しかつ与える手段を有し、１又は複数のボンディング動作からの計測信号の値は、該実際のプロフィールと関係しており、
   − 前記パラメータ又は前記導出変数についての設定点プロフィールが記憶されたメモリ（IV）を有し、
   − 評価ユニット（II）を有し、該評価ユニットは、前記メモリ（IV）、前記センサ及び前記信号処理ユニット（I）と接続されており、１又は複数の選択されたパラメータ又は導出変数について、同じパラメータ又は導出変数の前記実際のプロフィールと前記設定点プロフィールとから前記偏差プロフィールを決定し、かつ、該偏差プロフィールから個別品質指標Ｑｉを決定し、
   − 計算ユニット（III）を有し、該計算ユニットは、前記評価ユニット（II）に接続され、１又は複数の前記個別品質指標Ｑｉから品質指標Ｑを計算することを特徴とする
   超音波ボンディング装置。
10. 前記評価ユニット（II）が、前記個別品質指標Ｑｉの計算における変動に関連して前記偏差プロフィールに対し重み付けする手段を有することを特徴とする請求項９に記載の超音波ボンディング装置。
11. ボンディングプロセスを制御し又は調整するための制御装置又は調整装置を有し、
    前記評価ユニット（II）及び前記計算ユニット（III）が、重み付けされた前記偏差プロフィール、前記個別品質指標Ｑｉ又は前記品質指標Ｑを含むデータの伝送のために前記制御装置又は前記調整装置に接続され、該制御装置又は該調整装置は、伝送された該データを用いることにより、該ボンディングプロセスを制御又は調整し、操作変数としてのボンディング強度、超音波パワー又はボンディング時間に影響を及ぼすことを特徴とする
    請求項９又は１０に記載の超音波ボンディング装置。
12. − 請求項１〜８のいずれかに記載の超音波ボンディング中の品質制御方法を実行するように構成された、ソフトウェアを備えたコンピュータ処理手段を有し、
    − 評価ユニット（II）が、個別品質指標Ｑｉを組み合わせることによりボンディング指標グループを形成するように構成されており、
    − メモリ指標グループ及びこれと組み合わされたボンディング装置のエラー原因に関する特定の動作状態に関するデータを記憶したメモリと、
    − ソフトウェアにより、所定の類似基準を用いてボンディング指標グループをメモリ指標グループと比較することにより、少なくとも１つの類似基準を満たすメモリ指標グループと情報の出力データとを組み合わせる比較モジュールを具備する分類モジュールとを有することを特徴とする
    請求項９〜１１のいずれかに記載の超音波ボンディング装置。
13. ソフトウェアと類似基準を用いてボンディング指標グループをメモリ指標グループと比較するように構成され、いずれの類似基準も満たさないか又は１つの類似基準のみを満たす異常接合指標グループを検知するモニタリングユニットを有し、該モニタリングユニットは、評価ユニット（II）及び計算装置（III）と接続されることにより、結果のネガティブフィードバックを品質計算に対して与えることを特徴とする
    請求項１２に記載の超音波ボンディング装置。
14. その時点で進行中のボンディング動作又は後に実行されるボンディング動作に対してリアルタイムで回帰的に影響を及ぼすために、ボンディング装置の制御装置又は調整装置に対して信号又はデータを伝送するために、評価ユニット（II）及び計算装置（III）並びに分類モジュールが接続され、制御装置又は調整装置は、ボンディング強度、超音波パワー又はボンディング時間を含む１又は複数の操作変数に作用することを特徴とする
    請求項１２又は１３に記載の超音波ボンディング装置。

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