JP2020047637A - ワイヤボンディングモニタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】価格の上昇を抑制しながら、ワイヤボンディング装置をモニタすることが可能なワイヤボンディングモニタ装置を提供する。【解決手段】ワイヤボンディングモニタ装置１は、放電信号２９に基づいた電気放電により、金属ワイヤに金属ボールを形成し、金属ワイヤに当接される超音波発振子２０に発振信号を供給して、金属ワイヤを半導体チップの電極およびリードに接合させるワイヤボンディング装置２に結合される。ワイヤボンディングモニタ装置１には、放電信号２９と、超音波発振子の振動に基づいた電圧波形２７と電流波形２８とが供給される。ワイヤボンディングモニタ装置１は、放電信号２９を用いて、金属ワイヤを半導体チップの電極およびリードに接合させる工程を特定し、特定した工程における電圧波形２７に基づいて、ワイヤボンディング装置１をモニタする。【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤボンディングモニタ装置に関し、例えば、超音波を用いて、金属ワイヤを半導体チップの電極およびリードフレームに接合させるワイヤボンディング装置をモニタするワイヤボンディングモニタ装置に関する。

超音波を用いて、半導体チップ上の電極やリードフレーム上に金属ワイヤを接合するワイヤボンディングプロセスにおいて、ボンディング異常を検出する手段として、接合時の超音波発振子に印加された電圧(超音波電圧)、発振時の回路電流(超音波電流)をモニタし、通常と異なる波形特徴を捉えるなどの判定を行う手法が考えられている。

例えば、特許文献１には、ワイヤボンディングモニタ装置が記載されている。特許文献１では、超音波振動を発生する超音波電流、超音波電流と超音波電圧との位相差、超音波電力、ボンディングツール変位または振動子を駆動する電圧制御周波数可変発振回路の発振電圧の位相と超音波電流の位相との差を一定にする制御電圧のうちの少なくとも１つの波形のうち、波形を示すグラフ上の所定の位置の複数のウインドウ内にある部分をモニタすることによって、ボンディングの要否を判定することが記載されている。

特開２０００−１１４３２１号公報

しかしながら、超音波電流、超音波電圧をモニタしても、モニタした波形が、金属ワイヤと半導体チップの電極とを接合したときの波形なのか、金属ワイヤとリードフレームとを接合したときの波形なのかを判別することができない。

また、ワイヤボンディング装置では、金属ワイヤを半導体チップの電極およびリードフレームに接合している期間だけでなく、ボンディングの開始時や、金属ワイヤでループを形成する時に、超音波発振が行われることがある。これは、例えば、ボンディング開始時やループ形成時に、ボンディングツールと金属ワイヤとの間の摩擦を低減する目的で行われる。この場合、超音波電流、超音波電圧をモニタしても、摩擦低減を目的としている超音波発振か否かを判別することが困難である。すなわち、超音波電流、超音波電圧をモニタしても、金属ワイヤを接合するための超音波発振なのか、摩擦低減のための超音波発振なのかを判別することは、困難である。

これらの判別を可能とするために、ワイヤボンディング装置を改造することを考えると、ワイヤボンディング装置の種類に応じて、ハードウェアおよびソフトウェアの機能追加が必要となる。その結果、ワイヤボンディング装置の価格が上昇し、半導体装置の価格上昇にも繋がることになる。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態に係わるワイヤボンディングモニタ装置を述べると、次のとおりである。

すなわち、ワイヤボンディングモニタ装置は、放電信号に基づいた電気放電により、金属ワイヤに金属ボールを形成し、前記金属ワイヤに当接された超音波発振子に発振信号を供給して、前記金属ワイヤを、半導体チップの電極およびリードに接合させるワイヤボンディング装置に結合される。ワイヤボンディングモニタ装置は、放電信号と、超音波発振子の振動に基づいた波形とが供給される処理部を備える。処理部は、放電信号を用いて、金属ワイヤを半導体チップおよびリードに接合させる１つの工程を特定し、特定した１つの工程における波形に基づいて、ワイヤボンディング装置をモニタする。

１つの半導体チップには、複数の電極が形成され、複数の電極は、複数の金属ワイヤによって、対応するリードに接続される。すなわち、金属ワイヤを半導体チップの電極と対応するリードとに接合させる工程が、複数回実行されることになる。

一実施の形態においては、金属ボールを形成するタイミングで、複数回実行される工程のそれぞれが特定される。また、金属ボールが、半導体チップの電極に接合されるのか、リードに接合されるのかを、予め特定しておく。これにより、１つの金属ワイヤを半導体チップの電極に接合したときの波形と、同じ金属ワイヤをリードに接合したとき波形を判別することが可能となる。金属ボールを形成するための放電信号の生成は、ワイヤボンディング装置が予め備えている機能であるため、ワイヤボンディング装置を改造しなくても、金属ワイヤを半導体チップの電極に接合したときと、金属ワイヤをリードフレームに接合したときとを区別して、モニタすることが可能となる。

一実施の形態によれば、価格の上昇を抑制しながら、ワイヤボンディング装置をモニタすることが可能なワイヤボンディングモニタ装置を提供することができる。

実施の形態１に係わるワイヤボンディングモニタ装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係わる超音波発振子、トランスデューサおよびキャピラリの等価回路を示す図である。 実施の形態１に係わる波形処理部における処理を説明するための図である。 実施の形態１に係わる電圧波形の包絡線を示す図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、実施の形態１に係わるＵＳモニタ装置における判定を説明するための図である。 実施の形態１に係わるＵＳモニタ装置の動作を説明するためのタイミング図である。 実施の形態１に係わるＵＳモニタ装置の波形取得シーケンスを説明するためのタイミング図である。 実施の形態１に係わるＵＳモニタ装置の動作を説明するためのタイミング図である。 実施の形態１に係わるワイヤボンダの動作を説明するための図である。 実施の形態１に係わるワイヤボンダの動作を説明するための図である。 実施の形態１に係わるワイヤボンダの動作を説明するための図である。 実施の形態１に係わるワイヤボンダの動作を説明するための図である。 実施の形態１に係わるワイヤボンダの動作を説明するための図である。 実施の形態１に係わるワイヤボンダの動作を説明するための図である。 実施の形態１に係わるワイヤボンダの動作を説明するための図である。 実施の形態１に係わるワイヤボンダの動作を説明するための図である。

以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまでも一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

（実施の形態１）
＜ワイヤボンディングモニタ装置＞
図１は、実施の形態１に係わるワイヤボンディングモニタ装置の構成を示すブロック図である。図１には、説明の都合上、ワイヤボンディングモニタ装置（ＵＳモニタ装置）１に結合されたワイヤボンディング装置（ワイヤボンダ）２およびサーバ装置（サーバ）３も示されている。半導体装置を製造する工場には、複数のワイヤボンダ２が設置されている。ＵＳモニタ装置１は、特に制限されないが、ワイヤボンダ２に一対一に対応し、対応するワイヤボンダ２に結合されている。図１には、工場に設置された複数のワイヤボンダ２と複数のＵＳモニタ装置１のうち、１つのワイヤボンダ２と対応するＵＳモニタ装置１が、示されている。

一方、サーバ３は、例えば工場に１台設置され、複数のＵＳモニタ装置１に結合されている。このサーバ３には、結合されたそれぞれのＵＳモニタ装置１から、対応するワイヤボンダ２の情報が通知され、格納される。

＜ワイヤボンダ２＞
ワイヤボンダ２は、超音波発振子２０、超音波発振子２０に取り付けられたトランスデューサ（超音波ホーン）２１、キャピラリ２２、超音波発振回路２３、電流検出用抵抗２４、超音波制御回路２５および放電ユニット２６を備えている。

超音波発振回路２３は、フィードバック制御信号ＣＮＴに従った発振信号を出力する。超音波発振子２０は、超音波発振回路２３からの発振信号に従って振動する。例えば、図１において、両方向矢印２０＿１によって示されているように、超音波発振子２０は、発振信号に従って左右に振動する。トランスデューサ２１は、超音波発振子２０の振動を増幅し、トランスデューサ２１に取り付けられているキャピラリ２２を、両方向矢印２２＿１で示すように、左右に振動させる。

図１には示していないが、キャピラリ２２の先端からは、金属ワイヤが突出している。すなわち、金属ワイヤは、キャピラリ２２およびトランスデューサ２１を介して、超音波発振子２０に当接する。金属ワイヤは、左右に振動しているキャピラリ２２によって荷重が印加され、ボンディング対象４０に押し付けられる。これにより、金属ワイヤがボンディング対象４０に接合される。具体的な動作は、後で図９〜図１６を用いて説明する。

超音波発振回路２３と超音波発振子２０との間には、電流検出用抵抗２４が接続されている。発振信号の電圧は、電圧フィードバック信号ＶＦとして超音波制御回路２５に供給される。また、超音波発振回路２３と超音波発振子２０との間を流れる電流は、電流検出用抵抗２４によって、電圧に変換され、電流フィードバック信号ＩＦとして超音波制御回路２５に供給される。超音波制御回路２５は、供給された電圧フィードバック信号ＶＦと電流フィードバック信号ＩＦに基づいてフィードバック制御信号ＣＮＴを出力する。すなわち、超音波発振回路２３からの発振信号によって超音波発振子２０が適切に振動するように、超音波制御回路２５は電圧フィードバック信号ＶＦと電流フィードバック信号ＩＦによって、超音波発振子２０の状態を監視し、フィードバック制御信号ＣＮＴによって、超音波発振回路２３を制御する。

ここでは、電圧フィードバック信号ＶＦおよび電流フィードバック信号ＩＦの両方に基づいて、超音波制御回路２５が、フィードバック制御信号ＣＮＴを出力する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、超音波制御回路２５は、電圧フィードバック信号ＶＦまたは電流フィードバック信号ＩＦのいずれかに基づいて、フィードバック制御信号ＣＮＴを出力するようにしてもよい。実施の形態１に係わる超音波制御回路２５は、電圧フィードバック信号ＶＦによって表される電圧または電流フィードバック信号ＩＦによって表される電流が、一定値となるような、フィードバック制御信号ＣＮＴを出力する。

放電ユニット２６は、金属ワイヤに金属ボールを形成するとき、放電信号（トーチスパーク信号）を形成する。放電信号は、図示しないトーチ電極に供給される。トーチ電極は、金属ボールを形成するとき、金属ワイヤの先端に近接するように、移動し、放電信号により、金属ワイヤとトーチ電極との間でトーチスパーク（電気放電）を発生させる。これにより、金属ワイヤの先端に金属ボールが形成される。

＜ＵＳモニタ装置＞
ＵＳモニタ装置１は、波形処理部１０、アナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と称する）１１およびプロセッサ１２を備えている。波形処理部１０には、前記した電圧フィードバック信号ＶＦが、電圧波形２７として供給され、前記した電流フィードバック信号ＩＦが、電流波形２８として供給される。実施の形態１に係わる波形処理部１０は、供給された電圧波形２７の包絡線（エンベロープ）を形成し、供給された電流波形２８の包絡線を形成する。形成された電圧波形２７の包絡線と、電流波形２８の包絡線は、Ａ／Ｄ変換器１１に供給され、デジタル信号に変換され、プロセッサ１２に供給される。

Ａ／Ｄ変換器１１には、放電信号２９も供給されており、Ａ／Ｄ変換器１１は、放電信号２９をデジタル信号に変換して、プロセッサ１２に供給する。

プロセッサ１２は、図示しないプログラムに従って、供給された電圧波形２７および電流波形２８の包絡線に対応するデジタル信号と、放電信号２９に対応するデジタル信号を処理し、対応するワイヤボンダ２の状態をモニタする。モニタすることにより、ワイヤボンダ２において異常が発生している場合、プロセッサ１２は、ワイヤボンダ装置２に対して停止指示信号ＳＴＰを出力する。ワイヤボンダ装置２は、停止指示信号ＳＴＰが供給されると、動作を停止する。また、プロセッサ１２は、ワイヤボンダ装置の状態を示す通知信号ＳＳＩをサーバ３に供給する。

プロセッサ１２は、ユーザーが設定可能な制御レジスタ１３を備えている。この制御レジスタ１３には、マスク・指定点設定レジスタ１３＿１、トリガ閾値レジスタ１３＿２、
ワイヤ番号初期化閾値レジスタ１３＿３および設定時間レジスタ１３＿４が含まれている。これらのレジスタについては、後で説明するので、ここでは省略する。

図１では、波形処理部１０が、電圧波形２７および電流波形２８から、それぞれの包絡線を形成し、Ａ／Ｄ変換器１１が、形成された電圧波形２７および電流波形２８の包絡線を、デジタル信号に変換する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、波形処理部１０では、電圧波形２７および電流波形２８のうちの一方について、その包絡線を形成し、これをＡ／Ｄ変換器１１によってデジタル信号に変換し、プロセッサ１２に供給するようにしてもよい。

また、図１に示した波形処理部１０、Ａ／Ｄ変換器１１およびプロセッサ１２によって、ＵＳモニタ装置１の処理部が構成されていると見なすことができる。

＜ワイヤボンダの動作＞
次に、ワイヤボンダ２において実行されるワイヤボンディングの動作（ワイヤボンディングプロセス）を、図を用いて説明する。図９〜図１６は、実施の形態１に係わるワイヤボンダの動作を説明するための図である。

図９には、ボンディングを開始したときの状態が示されている。図９において、４０＿１は半導体チップを示し、４０＿２は半導体チップ４０＿１上に形成された電極（電極パッド）を示している。また、４０＿３はリードを示している。半導体チップ４０＿１上には、複数の電極が形成されている。複数の電極に電気的に接続される複数のリードは、リードフレームとして一体的に形成されている。図９には、複数の電極のうちの１つの電極と、この電極に対応するリードが、符号４０＿２と４０＿３とでそれぞれ示されている。

半導体チップ４０＿１とリード４０＿３は、ヒータープレート５０に搭載されている。キャピラリ２２には、貫通部２２＿２が形成されており、金属ワイヤ５１は、この貫通部２２＿２を通過している。貫通部２２＿２の径は、金属ワイヤ５１の径に比べて大きくなっており、金属ワイヤ５１は、貫通部２２＿２内を移動可能となっている。図９において、５３はワイヤクランパを示している。金属ワイヤ５１は、ワイヤクランパ５３を貫通しており、ワイヤクランパ５３を閉じることにより、金属ワイヤ５１は、ワイヤクランパ５３に固定される。

ボンディングの開始時、ワイヤクランパ５３は閉じられている。特に制限されないが、図９では、ボンディングの開始時に、金属ワイヤ５１の先端には、金属ボール５２が形成されている。

ワイヤクランパ５３を閉じた状態で、ワイヤクランパ５３およびキャピラリ２２が、電極４０＿２に向かって、上方から下降する。図１０には、下降により、金属ボール５２が、電極４０＿２の近傍まで近寄ったときの状態が示されている。この状態になると、ワイヤクランパ５３は開かれ、金属ワイヤ５１は、ワイヤクランパ５３から分離される。

次に、図１１に示すように、キャピラリ２２に荷重ＦＣ１を加え、金属ボール５２を電極４０＿２に当接させる。また、超音波発振回路２３（図１）は発振信号を出力する。さらに、ヒータープレート５０を加熱することにより、熱ＳＡ１を半導体チップ４＿１に加える。発振信号が超音波発振子２０に供給されることにより、符号２２＿１で示すように、キャピラリ２２は、左右に振動する。熱ＳＡ１と荷重ＦＣ１と振動２２＿１が加わることにより、熱ＳＡ１が加わった状態で、金属ボール５２は、電極４０＿２に押し付けられ、左右に交互に変位する振動２２＿１により、金属ボール５２は、電極４０＿２に擦り合わせられ、電極４０＿２に接合される。すなわち、金属ワイヤ５１と電極パッド４０＿２側との接合は行われる。金属ワイヤ５１と電極バッド４０＿２との接合を、以下、第１ボンディング（１ｓｔ−Ｂｏｎｄ）とも称する。

次に、金属ワイヤ５１をリード４０＿３に接合するために、金属ワイヤをループ状に変形させる。図１２に示すように、ワイヤクランパ５３を開いた状態で、キャピラリ２２を上昇させ、紙面左側に移動させる。この後で、キャピラリ２２を、電極パッド４０＿２側からリード４０＿３側の方向へ移動させる。キャピラリ２２の移動に伴って、金属ワイヤ５１が変形する。

キャピラリ２２を、対応するリード４０＿３の鉛直線上まで移動させた後、図１３に示すように、ワイヤクランパ５３を開いた状態で、キャピラリ２２をリード４０＿３上に下降させる。キャピラリ２２に荷重ＦＣ２を加え、ヒータープレート５０を加熱することにより、熱ＳＡ２をリード４＿３に加える。発振信号が超音波発振子２０に供給されることにより、符号２２＿１で示すように、キャピラリ２２は、左右に振動する。これにより、熱ＳＡ２が加わった状態で、金属リード５１の途中部分はリード４０＿３に押し付けられるように当接し、左右に交互に変位する振動２２＿１によって、金属ワイヤ５１の途中部分が、リード４０＿３に接合される。すなわち、金属ワイヤ５１とリード４０＿３側が接合される。金属ワイヤ５１とリード４０＿３との接合を、以下、第２ボンディング（２ｎｄ−Ｂｏｎｄ）とも称する。

このようにして、第１ボンディングと第２ボンディングを行うことにより、ループ状に変形した金属ワイヤにより、電極４０＿２とリード４０＿３とが電気的に接続されることになる。

次に、ワイヤクランパ５３が閉じられ、ワイヤクランパ５３に金属ワイヤ５１が固定される。この状態で、ワイヤクランパ５３とキャピラリ２２は、リード４０＿３に対して鉛直方向に、上昇させられる。ワイヤクランパ５３によって金属ワイヤ５１は固定されているため、ワイヤクランパ５３を上昇させることにより、金属ワイヤ５１は、リード４０＿３に接合された途中部分から切断される（ワイヤカット）。このときの状態が、図１４に示されている。

図１４の後で、別の電極パッドおよび別のリードに対して、第１ボンディングおよび第２ボンディングを行うために、金属ワイヤ５１に対して金属ボールを形成する。図１５には、金属ワイヤ５１に対して金属ボールを形成する状態が示されている。図１５において、６０は、トーチ電極を示している。図１４の後で、トーチ電極６０は、金属ワイヤ５１の切断された先端に近接するように、移動する。このトーチ電極６０には、放電ユニット２６（図１）が接続されている。放電ユニット２６からトーチ電極６０に放電信号２９が印加されることにより、トーチ電極６０と金属ワイヤ５１の先端との間でトーチスパーク６１が発生する。トーチスパークによって、金属ワイヤ５１の先端に金属ボール５２が形成される。なお、このとき、ワイヤクランパ５３は閉じた状態である。

次に、図１６に示すように、キャピラリ２２を、リード４０＿３の鉛直線上から、半導体チップ４０＿１上の別の電極４０＿２の鉛直線上に移動させ、１つのワイヤボンディング工程が終了する。

続けて、別の電極と別のリードとを接続させる場合、図１６の後で、図１２〜図１６の工程を繰り返す。

図９〜図１６では、ワイヤボンディングを行う前に、予め、金属ワイヤ５１に金属ボール５２が形成されている場合を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、金属ワイヤ５１として、銅を用いる場合、予め銅の金属ボールを形成しておくと、酸化膜が金属ボール５２を覆うようになる。そのため、ワイヤボンディングを開始したときに（図９）、トーチ電極６０を金属ワイヤ５１の先端に近づけて、トーチスパークによって、金属ボール５２を形成するようにしてもよい。この場合には、第２ボンディング（図１４）が終了したあと、図１６に示したように、キャピラリ２２を移動させて、１つのワイヤボンディング工程が終了することになる。

＜超音波発振子・トランスデューサ・キャピラリの等価回路＞
図２は、実施の形態１に係わる超音波発振子、トランスデューサおよびキャピラリの等価回路を示す図である。図２において、紙面左側に示した超音波発振回路２３、電流検出用抵抗２４、超音波制御回路２５、超音波発振子２０、トランスデューサ２１およびキャピラリ２２の構成は、図１に示した構成と同じであるため、説明は省略する。超音波発振子２０、トランスデューサ２１およびキャピラリ２２は、容量Ｃｄと抵抗Ｒｍとが並列に接続された等価回路で表すことができる。この場合、等価回路のインピーダンスＺは、次式で表すことができる。

１／Ｚ＝ｊωＣｄ＋１／Ｒｍ
図２において、紙面右側に示すように、容量Ｃｄと抵抗Ｒｍの並列回路で表される超音波発振子２０、トランスデューサ２１およびキャピラリ２２の等価回路に対して、超音波発振回路２３からの発振信号が供給され、等価回路における容量Ｃｄ、抵抗Ｒｍの変化が、電圧フィードバック信号ＶＦおよび電流フィードバック信号ＩＦとして、超音波制御回路２５に供給され、超音波制御回路２５は、供給されている電圧フィードバック信号ＶＦおよび電流フィードバック信号ＩＦに基づいたフィードバック制御信号ＣＮＴによって、超音波発振回路２３を制御することになる。

等価回路における容量Ｃｄおよび抵抗Ｒｍは、超音波発振子２０が発生する振動（超音波による振動）、キャピラリ２２等に加わる負荷・荷重（例えば、図１１、図１３に示した荷重ＦＣ１、ＦＣ２）および熱（例えば、図１１、図１３に示した熱ＳＡ１、ＳＡ２）等によって変化する。例えば、キャピラリ２２の負荷変動は、抵抗Ｒｍの変化として表れる。この振動、負荷・荷重および熱は、加熱をしながら超音波でワイヤボンディングを行う場合、金属ワイヤと電極との間の接合および金属ワイヤとリードの間の接合を制御する３大要素である。実施の形態１においては、この３大要素に基づいた電圧波形２７（電圧フィードバック信号ＶＦ）と電流波形２８（電流フィードバック信号ＩＦ）が、ＵＳモニタ装置１に供給され、これらに基づいて、ワイヤボンダ２の状態がモニタされる。

＜波形処理部＞
図３は、実施の形態１に係わる波形処理部における処理を説明するための図である。ワイヤボンダ２からＵＳモニタ装置１へ供給される電圧波形２７および電流波形２９は、例えば６０ｋＨｚ〜１２０ｋＨｚ程度の正弦波である。図３には、電圧波形２７の一例が示されている。図３において、縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示している。

図３において、Ｗ２７は、電圧波形２７の波形を示し、ＲＮＧは、電圧波形２７の振幅を示している。電圧波形２７は、前記したように比較的高い周波数で変化する。また、電圧波形の２７の振幅ＲＮＧは、ワイヤボンダの機種毎に異なることが多い。

波形処理部１０は、電圧波形２７を例えば整流することにより、電圧波形１７の包絡線を形成して、出力する。さらに、ワイヤボンダの機種に依存して、異なる振幅ＲＮＧの電圧波形２７が供給された場合、出力する包絡線の変動幅を調整する機能を備えている。図３において、Ｗ２７＿ｈは、波形処理部１０から出力された電圧波形２７の包絡線を示している。

波形処理部１０が、ＵＳモニタ装置１に設けられていない場合、Ａ／Ｄ変換器１１は、同図において、ＳＭＰ１で示されているサンプリングタイミングで、電圧波形２７の値を取り込み、デジタル信号へ変換することが考えられる。これに対して、実施の形態１においては、波形処理部１０が、電圧波形２７の包絡線を出力する。そのため、サンプリングタイミングは、図３において符号ＳＭＰ２で示したようなタイミングに設定することが可能である。これにより、Ａ／Ｄ変換器１１が行う変換回数を低減することができる。その結果、Ａ／Ｄ変換後のデータ量を低減し、高速化を図ることが可能である。

また、波形処理部１０において、出力する包絡線の電圧範囲を調整することが可能であるため、ＵＳモニタ装置１は、幅広い機種のワイヤボンダをモニタすることが可能である。

＜波形処理部から出力される包絡線の例＞
次に、波形処理部１０から出力される包絡線の例を説明する。ここでは、電圧波形２７の包絡線を例にして説明するが、電流波形２８の包絡線でも同様である。

図４は、実施の形態１に係わる電圧波形の包絡線を示す図である。図４において、縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示している。図４には、図１に示したワイヤボンダ２において、互いに対応している半導体チップの電極４０＿２とリード４０＿３とを金属ワイヤ５１で接続したときに、ＵＳモニタ装置１に供給される電圧波形２７の包絡線が示されている。すなわち、１つのワイヤボンディング工程における電圧波形の２７の包絡線が、図４に示されている。超音波発振子２０が、振動を発生すると、電圧波形２７に変化が発生し、電圧波形２７の包絡線の波形部は、図４に示すように高くなる。

図４において、電圧波形２７の包絡線の波形は、Ｌｉｆｔ、１ｓｔ−ＰｒｅＢｌｅｅｄ、１ｓｔ−Ｂｏｎｄ、Ｌｏｏｐｉｎｇの一部期間、２ｎｄ−ＢｏｎｄおよびＺ−ｔｅａｒにおいて高くなっている。

１ｓｔ−Ｂｏｎｄは、前記した第１ボンディングを行っている期間であり、２ｎｄ−Ｂｏｎｄは、前記した第２ボンディングを行っている期間である。この２つの期間が、ＵＳモニタ装置１で判定する対象の期間である。

この２つの期間以外の期間（Ｌｉｆｔ、１ｓｔ−ＰｒｅＢｌｅｅｄ、Ｌｏｏｐｉｎｇの一部期間およびＺ−ｔｅａｒ）においても、振動は発生している。

図４において、最初のＬｉｆｔの期間で、キャピラリ２２は、リード４０＿３から鉛直方向に上昇する。このとき、キャピラリ２２の貫通口２２＿２と金属ワイヤ５１との間の摩擦により、金属ワイヤ５１がキャピラリ２２に引っ掛かる恐れがある。そのため、超音波発振子２０の振動でキャピラリ２２を振動させ、金属ワイヤ５１がキャピラリ２２に引っ掛かるのを防ぐようにしている。

１ｓｔ−ＰｒｅＢｌｅｅｄは、金属ボール５２を電極４０＿２に当接させ、超音波発振子２０の振動によりキャピラリ２２を振動させ、金属ボール５２と電極４０＿２との間でスクラブを行っている期間である。この１ｓｔ−ＰｒｅＢｌｅｅｄでは、キャピラリ２２に荷重ＦＣ１は印加されておらず、熱ＳＡ１も加えられていない。次の初期荷重印加スクラブにおいて、キャピラリ２２に軽量の荷重が加えられ、金属ボール５２と電極４０＿２との間でスクラブが行われる。この２種類のスクラブにより、金属ボール５２や電極４０＿２の被膜が取り除かれる。

次に、１ｓｔ−Ｂｏｎｄにおいて、図１１に示したように、熱ＳＡ１を加え、荷重ＦＣ１を加え、超音波発振子２０の振動でキャピラリ２２を振動させて、金属ボール５２と電極４０＿２とを接合させる。１ｓｔ−Ｂｏｎｄの後のＬｏｏｐｉｎｇにおいて、キャピラリ２２を、電極４０＿２側からリード４０＿３側へ移動させる。移動期間において、摩擦により、金属ワイヤ５１とキャピラリ２２とが引っ掛かるのを防ぐために、キャピラリ２２は、超音波発振子２０の振動によって振動させられている。

２ｎｄ−Ｂｏｎｄにおいて、図１３に示したように、熱ＳＡ２を加え、荷重ＦＣ２を加え、超音波発振子２０の振動でキャピラリ２２を振動させて、金属ワイヤ５１とリード４０＿３とを接合させる。なお、第２ボンディングにおいては、金属ボールではなく、金属ワイヤをリードに接合させるため、超音波発振子２０の振動でキャピラリ２２を振動させている期間が、長くなっている。

Ｚ−ｔｅａｒにおいては、図１４に示したように、金属ワイヤ５１を切断する。切断を容易にするために、キャピラリ２２を超音波発振子２０の振動で、振動させている。

図４において、最後のＬｉｆｔは、別の電極とリードとを接続する次のワイヤボンディング工程における最初のＬｉｆｔを示している。

＜ＵＳモニタ装置における判定＞
ＵＳモニタ装置１は、図４に示した１ｓｔ−Ｂｏｎｄおよび２ｎｄ―Ｂｏｎｄの期間において、ワイヤボンダ２の状況をモニタし、判定する。図５は、実施の形態１に係わるＵＳモニタ装置における判定を説明するための図である。ここで、図５（Ａ）には、図４に示した電圧波形２７の包絡線のうち、１ｓｔ−Ｂｏｎｄおよび２ｎｄ―Ｂｏｎｄの期間を拡大した波形が示されている。図４に示すように、１ｓｔ−Ｂｏｎｄと２ｎｄ―Ｂｏｎｄの期間は、例えば、その長さが異なっているが、ＵＳモニタ装置１における判定の項目は同じであるため、１つの期間（例えば、１ｓｔ−Ｂｏｎｄの期間）で説明する。また、図５（Ｂ）は、ＵＳモニタ装置１によって判定される項目を示している。実施の形態１に係わるＵＳモニタ装置１においては、図５（Ｂ）に示す５項目を基にして、判定が行われる。判定する項目としては、５項目全てを対象の項目としなくてもよく、少なくとも１項目以上を判定の項目とすればよい。

図５（Ａ）において、縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示している。電圧波形２７の包絡線は、Ａ／Ｄ変換器１１によってデジタル信号に変換されている。ここでは、電圧波形２７の包絡線は、０Ｖから最大１０Ｖまでの範囲で変化するものとし、Ａ／Ｄ変換器１１は、この電圧範囲を１５ビットのデジタル信号に変換しているものとする。また、このときのＡ／Ｄ変換器１１のサンプリング周期ｔｓの最低値は、１００μsecとなっている。実施の形態１においては、プロセッサ１２が、電圧波形２７の包絡線に対応するデジタル信号を用いて、判定を行うが、理解を容易にするために、包絡線を用いて説明する。

超音波発振子２０によって振動が発生することにより、電圧波形２７の包絡線は、時刻ｔ０付近で、０Ｖから立ち上がる。図５（Ａ）に示すように、包絡線の立ち上がりは、突入的に高くなり、その後、低下する。低下後、包絡線は、なだらかに低下し、その後急激に低下し、時刻ｔｅ付近で、再び０Ｖに到達する。

実施の形態１においては、包絡線が突発的に高くなっている期間は、判定に用いない期間（マスク期間）として除外し、包絡線がなだらかに変化している期間を検出範囲ＤＴＡとする。また、時刻ｔｅ付近で急激に包絡線が低下している期間も判定に用いない期間として除外する。

プロセッサ１２は、検出範囲ＤＴＡにおいて、包絡線の最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎを取得する。また、プロセッサ１２は、検出範囲ＤＴＡにおいて、任意のタイミングを指定点（図５（Ａ）では、時刻ｔ１）として設定し、指定点における包絡線の値を取得する。プロセッサ１２は、取得した最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎの差分と、検出範囲ＤＴＡにおける包絡線の平均値と、指定点における包絡線の値と最小値Ｍｉｎとの差分を算出する。プロセッサ１２は、取得した最大値Ｍａｘ、最小値Ｍｉｎ、および算出した最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎとの差分（最大−最小）、平均値および指定点での値と最小値Ｍｉｎの差分（指定点−最小）を、図５（Ｂ）に示すように、判定の項目として用いる。

ワイヤボンダ２に対して、例えば事前確認期間を設定する。この事前確認期間において、ワイヤボンダ２で複数のワイヤボンディング工程を行い、異常が発生していないときのワイヤボンディング工程において取得および算出した、前記の５項目の値を蓄積しておく。蓄積した５項目のそれぞれについて、正常と判定する範囲（正常範囲）を設定する。例えば、異常が発生していないときのワイヤボンディング工程で取得した複数の最大値Ｍａｘを蓄積しておき、蓄積されている複数の最大値Ｍａｘが含まれる範囲を、正常範囲として設定する。

事前確認期間の後の実際のワイヤボンディング工程において、プロセッサ１２は、取得および算出した５項目のそれぞれが、予め設定された対応する正常範囲に含まれるか否かを判定する。例えば、取得および算出した５項目のいずれかが、対応する正常範囲に含まれない場合、プロセッサ１２は、停止指示信号ＳＴＰをワイヤボンダ２に供給する。ワイヤボンダ２は、この停止指示信号ＳＴＰが供給されることにより、停止する。これにより、ボンディングの異常により、不良の半導体装置が発生するのを防ぐことが可能となる。

また、プロセッサ１２は、取得および算出した５項目を、通知信号ＳＳＩとしてサーバ３に供給する。例えば、ユーザーが、サーバ３に格納されている５項目の内容を確認することにより、異常等のワイヤボンダ２の状況を把握することができる。

前記したように、電圧波形２７および電流波形２８は、超音波発振子２０、トランスデューサ２１およびキャピラリ２２によって構成される等価回路の特性の変化によって変わる。例えば、リード４０＿３が、ヒータープレート５０に固定されていない状態で、リード４０＿３に対して金属ワイヤ５１を接合しようとすると、リード４０＿３自体が動くことになる。この場合、２ｎｄ―Ｂｏｎｄにおける検出範囲ＤＴＡにおいて、等価回路の特性が大きく変動し、電圧波形２７も検出範囲ＤＡＴにおいて大きく変動することになり、項目「最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎとの差分」が、対応する正常範囲を超えることになる。このような場合、ワイヤボンダ２は停止させられる。また、サーバ３には、正常範囲を超えた項目「最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎとの差分」を含む５つの項目が格納されることになり、ユーザーは、例えばワイヤボンダ２が停止した原因を把握することができる。

図１に示したマスク・指定点設定レジスタ１３＿１には、前記したマスク期間を指定する情報と、指定点を指定する情報とが設定される。マスク・指定点設定レジスタ１３＿１には、ユーザーが所望のマスク期間および指定点に係わる情報を設定する。プロセッサ１２は、マスク・指定点設定レジスタ１３＿１に設定されている情報に基づいて、マスク期間と指定点を設定する。

なお、ワイヤボンダの機種および対象の半導体装置が変わることにより、前記した５項目の正常範囲が異なることが考えられる。そのため、ワイヤボンダの機種あるいは対象の半導体装置の変更に対応して正常範囲も変更することが望ましい。

＜複数ワイヤボンディング工程＞
半導体装置は、半導体チップと複数のリードを備えている。前述したように、半導体チップ上には複数の電極が形成され、それぞれの電極は、リードフレームに配置されている複数のリードのうち、対応するリードに金属ワイヤで電気的に接続される。１つの金属ワイヤによって、１つの電極とこの１つの電極に対応する１つのリードとの間の電気的な接続は、前記したように、ワイヤボンダによって、１つの金属ワイヤを、電極とリードとに接合する１つのワイヤボンディング工程で実現される。１つの半導体チップ上の複数の電極を対応する複数のリードに接続するために、ワイヤボンダ２においては、複数のワイヤボンディング工程が連続的に実行されることになる。

実施の形態１においては、ワイヤボンダ２において連続的に実行される複数のワイヤボンディング工程から、ＵＳモニタ装置１は、放電信号２９が供給されるタイミング、すなわち金属ボールが形成されるタイミングを用いて、それぞれのワイヤボンディング工程を特定する。放電信号２９は、ワイヤボンダ２において、金属ボールを形成するのに用いられる。そのため、ＵＳモニタ装置１は、ワイヤボンダ２を改造しなくても、連続的に実行される複数のワイヤボンディング工程から、それぞれのワイヤボンディング工程を特定することが可能である。

図６は、実施の形態１に係わるＵＳモニタ装置の動作を説明するためのタイミング図である。図６には、３つのワイヤボンディング工程が連続的に実行されている例が示されている。同図では、それぞれのワイヤボンディング工程が、符号１ＷＲＳによって示されている。１つのワイヤボンディング工程１ＷＲＳにおいて、１つの金属ワイヤが、半導体チップ上の電極とリードとに接合される。各ワイヤボンディング工程１ＷＲＳにおいては、図９〜図１６で説明したように、金属ワイヤ５１に金属ボール５２を形成する工程（図１５）が、少なくとも１回含まれている。図９〜図１６では、リードに金属ワイヤを接合した後、金属ボール５２を形成していたが、前記したように、金属ボール５２は、金属ワイヤを半導体チップの電極に接合する直前に形成するようにしてもよい。図６においては、金属ワイヤを半導体チップの電極に接合する直前で、金属ボールを形成する例が示されている。

図６に示すように、時刻ｔｗ１において、放電ユニット２６（図１）が放電信号２９を出力する。この放電信号２９により、金属ワイヤと、金属ワイヤに近接したトーチ電極６０との間でトーチスパークが発生し、金属ワイヤの先端に金属ボール５２が形成される。その後、図１０〜図１４で説明したようにして、金属ワイヤが電極とリードとに接合される。金属ワイヤがリードに接合されたあと、図１６で説明したように、キャピラリ２２が電極の上側に移動する。これにより、１つのワイヤボンディング工程１ＷＲＳが完了し、次のワイヤボンディング工程１ＷＲＳが開始し、以降連続的にワイヤボンディング工程１ＷＲＳが実行される。

各ワイヤボンディング工程１ＷＲＳにおいて、ワイヤボンダ２は、電圧波形２７および電流波形２８を出力する。ワイヤボンディング工程１ＷＲＳにおいて、超音波発振子２０により超音波が発生することにより、図４で説明したように、電圧波形の包絡線は変化し、同様に、電流波形の包絡線も変化する。図６には、この電圧波形２７の包絡線と電流波形の包絡線が示されている。

実施の形態１に係わるＵＳモニタ装置１において、トリガ閾値レジスタ１３＿２には、処理を開始するトリガの閾値ＴＴＨが設定される。プロセッサ１２は、Ａ／Ｄ変換器１１から放電信号２９に対応するデジタル信号が供給されると、Ａ／Ｄ変換器１１から出力されている電圧波形２７および電流波形２８の包絡線に対応するデジタル信号を取り込み、蓄積する。プロセッサ１２は、蓄積したデジタル信号で表される包絡線と、トリガ閾値レジスタ１３＿２に設定されたトリガ閾値ＴＴＨとを比較し、トリガ閾値ＴＴＨを超えている電圧波形２７の包絡線部分または／および電流波形２８の包絡線部分を、判定対象の候補として選択する。さらに、プロセッサ１２は、選択した判定対象の候補が、半導体チップ上の電極およびリードに係わる包絡線部分よりも多い場合、判定対象の候補から、半導体チップ上の電極およびリードに係わる包絡線部分を判定対象として選択する。判定対象として選択した包絡線部分に対して、プロセッサ１２は、図５で説明したように判定を行う。すなわち、トリガ閾値ＴＴＨを超えている包絡線部分において、判定対象として選択された包絡線部分に図５で説明したように検出範囲ＤＴＡが設定され、検出範囲ＤＴＡ内の包絡線部分に基づいて、ワイヤボンダ２のモニタが実施される。

ここでは、電圧波形２７の包絡線とトリガ閾値ＴＴＨとを比較する例を説明する。図６において、電圧波形２７の包絡線が、トリガ閾値ＴＴＨを超えている部分は、トリガ条件該当波形番号ＴＴＮ＝（１）〜（５）で示した部分である。これらのトリガ条件該当波形番号ＴＴＮ＝（１）〜（５）の部分が、判定対象の候補となる。これらの判定対象の候補のうち、半導体チップ上の電極およびリードに係わる包絡線部分は、トリガ条件該当波形番号ＴＴＮ＝（２）および（５）である。すなわちトリガ条件該当波形番号ＴＴＮ＝（２）で示した包絡線の波形部が、金属ワイヤを半導体チップの電極に接合する際の振動により生じた包絡線の変化部に該当する。また、トリガ条件該当波形番号ＴＴＮ＝（５）でした包絡線の波形部が、金属ワイヤをリードに接合する際の振動により生じた包絡線の変化部に該当する。

そのため、プロセッサ１２は、判定対象の候補であるトリガ条件該当波形番号ＴＴＮ＝（１）〜（５）のうち、トリガ条件該当波形番号ＴＴＮ＝（２）および（５）を指定し、トリガ条件該当波形番号ＴＴＮ＝（２）および（５）の包絡線の変化部を判定対象とする。プロセッサ１２は、判定対象とした包絡線の変化部に対して、図５で説明したように、５つの項目を取得および算出し、正常範囲か否かの判定を行う。

トリガ条件該当波形番号ＴＴＮ＝（１）〜（５）から指定するトリガ条件該当波形番号ＴＴＮ＝（２）および（５）を特定する方法は、例えば、前記した事前確認期間において、複数のワイヤボンディング工程を実施したときに、金属ワイヤと電極との接合および金属ワイヤとリードとの接合に係わる包絡線の変化に対応するトリガ条件該当波形番号ＴＴＮを求めておけばよい。また、図６の例では、金属ボール５２は、半導体チップの電極に金属ワイヤを接合する前に形成されることが、予め判明しており、１つのワイヤボンディング工程では、金属ワイヤと電極との接合が行われた後、同じ金属ワイヤがリードに接合されることが、予め判明している。そのため、トリガ条件該当波形番号ＴＴＮ＝（２）および（５）のうち、時間的に早いトリガ条件該当波形番号ＴＴＮ＝（２）に対応する包絡線部分が、金属ワイヤと電極との接合に係わる包絡線部分であり、時間的に遅いトリガ条件該当波形番号ＴＴＮ＝（５）に対応する包絡線部分が、金属ワイヤとリードとの接合に係わる包絡線部分であることが分かる。

このように、連続してワイヤボンディング工程が実行されていても、ＵＳモニタ装置１は、放電信号２９によって、各ワイヤボンディング工程１ＷＲＳを特定することができ、それぞれのワイヤボンディング工程における異常等を検出するようにモニタすることが可能である。

また、包絡線において、トリガ閾値ＴＴＨを超えている包絡線部分を、判定対象の候補とするため、電圧波形２７に不要な電圧変化があっても、判定対象の候補から取り除くことが可能である。これにより、プロセッサ１２の処理の低減を図ることが可能である。

さらに、判定対象の候補から、判定対象を指定するため、不適切な判定対象の候補を除くことが可能である。すなわち、金属ワイヤと電極との接合に起因して生じた包絡線部分および金属ワイヤとリードとの接合に起因して生じた包絡線部分以外の判定に用いない包絡線部分があっても、判定対象から除くことが可能である。この判定に用いない包絡線部分としては、例えば、図４に示したＬｉｆｔ、１ｓｔ−ＰｒｅＢｌｅｅｄ、Ｌｏｏｐｉｎｇ、Ｚ−ｔｅａｒ等が含まれる。

ここでは、電圧波形２７を例にして説明したが、電流波形２８の場合も同様である。

＜波形取得シーケンス＞
図７は、実施の形態１に係わるＵＳモニタ装置の波形取得シーケンスを説明するためのタイミング図である。図６で説明したように、放電信号２９が出力されると、電圧波形２７および電流波形２８の包絡線に対応するデジタル信号をプロセッサ１２は、取り込み、蓄積して、トリガ閾値ＴＴＨを超える包絡線部を、判定対象として選択して、図５で説明したように判定を行う。

また、実施の形態１においては、プロセッサ１２は、取り込んだ包絡線の波形部分（デジタル信号）に、金属ワイヤの番号（ワイヤ番号）を付与する。ワイヤ番号は、半導体チップ上に形成されている複数の電極と複数のリード間を接続する複数の金属ワイヤのうち、最も早く接続した金属ワイヤに対して、ワイヤ番号「１」を付与し、順次、ワイヤ番号を＋１して増加させる。すなわち、１つの半導体チップに対して実行される複数のワイヤボンディング工程のうち、最も早いワイヤボンディング工程で用いた金属ワイヤが、ワイヤ番号「１」となり、次のワイヤボンディング工程で用いられた金属ワイヤが、ワイヤ番号「２」となり、ワイヤボンディング工程の進行に合わせて、ワイヤ番号が増加する。

これにより、ワイヤボンディング工程において、ワイヤボンダ２から出力された電圧波形２７および電流波形２８の包絡線と、ワイヤボンディング工程で用いられた金属ワイヤ、電極およびリードとが、ＵＳモニタ装置１において、一対一に対応付けられる。図７では、Ｎ番目のワイヤボンディング工程１ＷＲＳ＿Ｎで出力された電圧波形２７の包絡線において、トリガ閾値ＴＴＨを超えている波形部分に、Ｎ番目ワイヤの番号が付与される。

具体的に述べると、図７の例では、電極へ金属ボールを接合する直前で金属ボールを形成しているため、ワイヤボンディング工程１ＷＲＳ＿Ｎにおいて、最初にトリガ閾値ＴＴＨを超えている波形部分は、電極と金属ワイヤとを接合する際に生じる包絡線である。そのため、ワイヤボンディング工程１ＷＲＳ＿Ｎにおいて、最初にトリガ閾値ＴＴＨを超えている波形部分には、Ｎ番目ワイヤで電極側（ＰＡＤ側）の番号（Ｎ番目ワイヤＰＡＤ側）が付されている。また、ワイヤボンディング工程１ＷＲＳ＿Ｎにおいて、最後にトリガ閾値ＴＴＨを超えている波形部分は、リードと金属ワイヤとを接合する際に生じる包絡線である。そのため、ワイヤボンディング工程１ＷＲＳ＿Ｎにおいて、最後にトリガ閾値ＴＴＨを超えている波形部分には、Ｎ番目ワイヤでリード側（ＬＥＡＤ側）の番号（Ｎ番目ワイヤＬＥＡＤ側）が付されている。

以降同様にして、包絡線の波形部分にワイヤ番号が付加される。

プロセッサ１２内のワイヤ番号初期化閾値レジスタ１３＿３には、ワイヤ番号初期化閾値時間が設定される。ワイヤ番号初期化閾値時間は、図７に示すように、１つの半導体チップ上における複数の電極（ＰＡＤ）と複数のリード（ＬＥＡＤ）間を接続するとき、隣接するワイヤボンディング工程（例えば１ＷＲＳ＿Ｎ＋１と１ＷＲＳ＿Ｎ＋２）において、先のワイヤボンディング（１ＷＲＳ＿Ｎ＋１）でトリガ閾値電圧ＴＴＨよりも低下した（超えた）最後の包絡線の立ち下がりタイミング（時刻）と、後のワイヤボンディング（１ＷＲＳ＿Ｎ＋２）でトリガ閾値電圧ＴＴＨを超えた最初の包絡線の立ち上がりタイミングとの間の差時間（ワイヤボンディング時間差）の最大値が設定される。

連続して、ワイヤボンディング工程が実行されているとき、プロセッサ１２は、判定対象として選択した包絡線の立ち下がりと立ち上がりとの間の時間差を、ワイヤ番号初期化閾値レジスタ１３＿３に設定されているワイヤ番号初期化閾値時間と比較する。すなわち、プロセッサ１２は、隣接するワイヤボンディング工程において、判定対象として選択した包絡線が、トリガ閾値電圧ＴＴＨよりも低下する時刻と、次に、判定対象として選択した包絡線が、トリガ閾値電圧ＴＴＨを超えるまでの時間差を求め、ワイヤ番号初期化閾値時間と比較する。

ワイヤボンダ２において、１つの半導体チップ上の複数の電極と複数のリードと接続するワイヤボンディング工程が実行されているときには、ワイヤボンディング工程は連続して、実行されている。そのため、ワイヤボンディング工程間の時間（ワイヤボンディング時間差）は短くなる。すなわち、判定対象として選択した包絡線が、トリガ閾値電圧ＴＴＨよりも低下する時刻と、次に、判定対象として選択した包絡線が、トリガ閾値電圧ＴＴＨを超えるまでの時間差は、ワイヤ番号初期化閾値時間よりも短くなる。この場合、プロセッサ１２は、取得した包絡線の波形部に、連続したワイヤ番号を付与する。

これに対して、ワイヤボンダ２において、対象の半導体チップを交換するために、半導体チップの搬送や、半導体チップ上の電極の位置等を検出する動作（位置検出動作）が実行されると、図７に示すように、ワイヤボンディング時間差が、ワイヤ番号初期化閾値時間よりも長くなる。プロセッサ１２は、ワイヤボンディング時間差が、ワイヤ番号初期化閾値時間よりも長いと判定すると、ワイヤ番号を初期化し、取得した包絡線の波形部分に対して、ワイヤ番号１を付与する。これにより、図７に示すように、ワイヤ番号初期化閾値時間よりも長いワイヤボンディング時間差で開始されたワイヤボンディング工程において最初の包絡線の変化部分には、１番目ワイヤＰＡＤ側が付与され、最後の包絡線の変化部分には、１番目ワイヤＬＥＡＤ側が付与される。

これにより、ワイヤボンダ２において、複数の半導体装置に対して、連続的にワイヤボンディングを実施した場合も、ＵＳモニタ装置１においては、半導体装置ごとに、１番目から始まるワイヤ番号を付与した包絡線の波形部分を取得することができる。また、ＵＳモニタ装置１は、各半導体装置において、それぞれワイヤ番号を付与した包絡線の波形部分に対して、図５で説明した判定を行うため、各半導体装置内における複数の電極と複数のリード間の接合に係わる複数の状態を取得することができる。

プロセッサ１２は、取得した複数の状態を基にして、例えば次に述べるような判定を行う。

半導体チップ上の電極は、例えば、半導体チップの４辺に沿って配置される。半導体チップ４０＿１（図９等）とヒータープレート５０（図９等）との間に、例えば異物が挟まれていると、半導体チップ４０＿１は、ヒータープレート５０に対して、傾斜して設置されることになる。この状態で、ワイヤボンダ２により、４辺に沿って配置されている電極に金属ワイヤを接合すると、電極とヒータープレート５０との間の距離が、辺によって異なるため、キャピラリ２２に荷重を加えたときに、キャピラリ２２の先端に加わる負荷が、例えば辺によって異なる。キャピラリ２２の先端に加わる負荷が変化することにより、等価回路の特性も変化する。これにより、１ｓｔ−Ｂｏｎｄで測定した最大値または／および最小値が、例えば半導体チップ４０＿１の辺毎に異なるようになる。辺に配置した電極とワイヤ番号とを対応させておくことにより、このような辺間での相違も判別することが可能であり、異物の挟み込み等による異常も検出することが可能である。なお、挟み込む異物の大きさや位置によっても、１ｓｔ−Ｂｏｎｄで測定した最大値または／および最小値は変わる。

ここでも、電圧波形２７の包絡線を例にして説明したが、電流波形２８の包絡線についても同様に、ワイヤ番号を付与し、ワイヤ番号毎に接合の状態を取得することができる。

なお、図７では、トリガ閾値ＴＴＨを設定することにより、判定対象の候補となっていない包絡線の波形部分が、電極（ＰＡＤ）に対応する包絡線の波形部と、リード（ＬＥＡＤ）に対応する包絡線の波形部との間で発生していることが示されている。トリガ閾値ＴＴＨを、適切に設定することに、このように判定対象を低減することも可能であり、プロセッサの処理の低減を図ることが可能である。

＜不要波形のリジェクト＞
ワイヤボンダ２において、例えばエラーが発生した場合、ユーザーはワイヤボンダ２に対してエラーを解除するエラー解除操作を実施する。この場合、エラーが発生している期間および解除操作を行っている期間においても、ワイヤボンダ２からＵＳモニタ装置１に対して、放電信号２９、電圧波形２７および電流波形２８が、供給されている。しかしながら、これらの期間に供給されている電圧波形２７および電流波形２８を用いて、ワイヤボンダ２の状態を判定するのは適切とは言えない。ここでは、これらの期間に供給されている波形を不要波形と見なして、ＵＳモニタ装置１においてリジェクトする構成を説明する。

図８は、実施の形態１に係わるＵＳモニタ装置の動作を説明するためのタイミング図である。不要波形をリジェクトするために、プロセッサ１２には、図１に示したように設定時間レジスタ１３＿４が設けられている。設定時間レジスタ１３＿４には、時間的に隣接するワイヤボンディング工程間において、最初の包絡線の波形部が発生したタイミング間の差時間（以下、設定差時間と称する）の最大値が、設定閾値時間ＳＴＴとして設定される。

設定閾値時間ＳＴＴの具体的な例と、設定閾値時間ＳＴＴを用いた不要波形のリジェクトとを図８を用いて説明する。

図８において、（１）〜（６）のそれぞれは、ワイヤボンダ２により実行されるワイヤボンディング工程を示している。ワイヤボンディング工程において、金属ワイヤにより対応する電極とリードを接合することにより、放電信号２９、電流波形２８および電圧波形２７が、ワイヤボンダ２からＵＳモニタ装置１に供給され、図８に示す電流波形２８および電圧波形２７の包絡線と放電信号２９とが、プロセッサ１２に供給される。

例えば、ワイヤボンディング工程（２）を、基準のワイヤボンディング工程と見なす。基準のワイヤボンディング工程（２）と隣接するワイヤボンディング工程（１）において、例えば電圧波形２７の包絡線が最初に立ち上がるタイミングと、基準のワイヤボンディング工程（２）において、電圧波形２７の包絡線が最初に立ち上がるタイミングとの間の差が、設定差時間となる。同様に、ワイヤボンディング工程（３）において、例えば電圧波形２７の包絡線が最初に立ち上がるタイミングと、基準のワイヤボンディング工程（２）において、電圧波形２７の包絡線が最初に立ち上がるタイミングとの間の差も、設定差時間である。この設定差時間の最大値が、設定閾値時間ＳＴＴである。

図８には、ワイヤボンディング工程（３）の後で、エラーが発生し、ワイヤボンダ１が停止し、ユーザーによってエラー解除操作（図ではエラー解除と記載）が行われた場合が示されている。すなわち、連続したワイヤボンディング工程（１）〜（３）では、エラーが発生せずに、ワイヤボンダ２では、通常のワイヤボンディング工程が実施され、エラー解除操作が行われた後のワイヤボンディング工程（５）、（６）でも通常のワイヤボンディング工程が実施されている。

ワイヤボンダ２におけるエラーは、例えばキャピラリ２２の貫通部から金属ワイヤ５１が抜けることにより発生する。エラー解除操作において実施されているワイヤボンディング工程（４）では、抜けた金属ワイヤをキャピラリ２２に挿入した後で、金属ワイヤの先端に金属ボールを生成するようなことが行われる。このワイヤボンディング工程（４）では、実際に電極とリードとを金属ワイヤによって接合するような動作は行われないため、捨てワイヤボンディング工程と見なすことができる。ワイヤボンディング工程（４）は、捨てワイヤボンディング工程であるため、この工程で供給された包絡線は、ＵＳモニタ装置１において判定する必要はない。

そのため、実施の形態１に係わるＵＳモニタ装置１では、ワイヤボンディング工程（４）に係わる包絡線の波形を、設定閾値時間ＳＴＴを用いて、リジェクトする。すなわち、ＵＳモニタ装置１内のプロセッサ１２は、リジェクトするか否かを判定する対象のワイヤボンディング工程を基準のワイヤボンディング工程と見なし、基準のワイヤボンディング工程の前後のワイヤボンディング工程が、設定閾値時間ＳＴＴを満たしているか否かを判定する。前後のいずれのワイヤボンディング工程も、設定閾値時間ＳＴＴを満たしていないと判定した場合、プロセッサ１２は、対象のワイヤボンディング工程は、捨てワイヤボンディング工程と見なし、判定を行わない。

図８を用いて具体的に説明する。通常ボンディングにおいては、ワイヤボンディング工程（１）、（２）、（３）、（４）および（５）は、時間的に前または／および後で、前または／および後のワイヤボンディング工程が、期間Ａ、ＢまたはＥの間隔で開始している。

すなわち、ワイヤボンディング工程（２）、（３）および（５）では、それぞれを基準のワイヤボンディング工程と見なしたとき、最初の包絡線の波形部が発生するタイミングに対して、少なくとも前のワイヤボンディング工程（１）、（２）および（４）において最初の包絡線の波形部が発生するタイミングは、設定閾値時間ＳＴＴ以内である。また、ワイヤボンディング工程（１）および（５）では、それぞれを基準のワイヤボンディング工程と見なしたとき、最初の包絡線の波形部が発生するタイミングに対して、後のワイヤボンディング工程（２）および（６）において最初の包絡線の波形部が発生するタイミングが、設定閾値時間ＳＴＴ以内である。

その結果、プロセッサ１２は、ワイヤボンディング工程（１）、（２）、（３）、（４）および（５）からの電圧波形２７、電流波形２８を用いて、図５で説明した判定を行い、記録する。

一方、エラー解除操作では、操作に時間が必要であるため、ワイヤボンディング工程（４）の前後で比較的長い時間が発生する。図８では、ワイヤボンディング工程（３）と（４）との間の期間が符号Ｃで示され、ワイヤボンディング工程（４）と（５）との間の期間が符号Ｄで示されている。この期間Ｃと期間Ｄが長いため、ワイヤボンディング工程（４）を基準のワイヤボンディング工程と見なしたとき、ワイヤボンディング工程（４）において、最初に包絡線が発生したタイミングに対して、前のワイヤボンディング工程（３）において最初に包絡線が発生したタイミングは、設定閾値時間ＳＴＴを超えている。同様に、ワイヤボンディング工程（４）において、最初に包絡線が発生したタイミングに対して、後のワイヤボンディング工程（５）において最初に包絡線が発生したタイミングは、設定閾値時間ＳＴＴを超えている。

その結果、プロセッサ１２は、ワイヤボンディング工程（４）における包絡線に対して、図５で説明した判定を行わず、判定結果も蓄積もしない。

＜変形例＞
変形例に係わるＵＳモニタ装置では、図１に示した超音波ホーンに対して、ピエゾ素子が取り付けられている。このピエゾ素子は、上下に移動するキャピラリ２２によって、金属ワイヤを電極およびリードに接合する際に、印加される荷重を検出する。また、図１に示したワイヤボンダ２には、キャピラリ２２とリードフレームおよび半導体チップとの間の距離を表す距離信号を出力するエンコーダーが追加されている。

また、ＵＳモニタ装置１には、図１に示した電圧波形２７、電流波形２８および放電信号２９だけでなく、ピエゾ素子によって検出された荷重とエンコーダーからの距離信号も供給される。これにより、ＵＳモニタ装置１は、電圧波形２７および電流波形２８を用いたワイヤボンダ２のモニタだけでなく、ピエゾ素子によって検出された荷重とエンコーダーからの距離信号とに基づいても、ワイヤボンダ２をモニタする。これにより、より精度の高いモニタが可能とされている。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、実施の形態１では、レジスタ１３に、ユーザーが閾値等を設定する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、レジスタ１３を用いずに、予め定めた閾値等が固定的に用いられるようにしてもよい。

１ ワイヤボンディングモニタ装置
２ ワイヤボンディング装置
１０ 波形処理部
１１ アナログ／デジタル変換器
１２ プロセッサ
１３ レジスタ
２０ 超音波発振子
２２ キャピラリ
２３ 超音波発振回路
２５ 超音波制御回路
２６ 放電ユニット
２７ 電圧波形
２８ 電流波形
２９ 放電信号
ＣＮＴ フィードバック制御信号
ＩＦ 電流フィードバック信号
ＶＦ 電圧フィードバック信号

Claims (12)

1. 放電信号に基づいた電気放電により、金属ワイヤに金属ボールを形成し、前記金属ワイヤに当接された超音波発振子に発振信号を供給して、前記金属ワイヤを、半導体チップの電極およびリードに接合させるワイヤボンディング装置に結合されるワイヤボンディングモニタ装置であって、
   前記放電信号と、前記超音波発振子の振動に基づいた波形とが供給される処理部を備え、
   前記処理部は、前記放電信号を用いて、前記金属ワイヤを前記半導体チップおよび前記リードに接合させる１つの工程を特定し、特定した１つの工程における前記波形に基づいて、前記ワイヤボンディング装置をモニタする、ワイヤボンディングモニタ装置。
2. 請求項１に記載のワイヤボンディングモニタ装置において、
   前記処理部は、前記波形の包絡線を形成する波形処理部を備え、
   前記処理部は、前記包絡線に基づいて、前記工程における前記金属ワイヤと前記半導体チップの電極との接合と前記金属ワイヤと前記リードの接合とを特定する、ワイヤボンディングモニタ装置。
3. 請求項２に記載のワイヤボンディングモニタ装置において、
   前記処理装置は、前記特定した前記金属ワイヤと前記半導体チップの電極との接合に対応する包絡線と、前記特定した前記金属ワイヤと前記リードとの接合に対応する包絡線とに基づいて、前記ワイヤボンディング装置における異常の発生を判定する、ワイヤボンディングモニタ装置。
4. 請求項３に記載のワイヤボンディングモニタ装置において、
   前記処理部は、前記ワイヤボンディング装置における異常の発生を判定したとき、前記ワイヤボンディング装置を停止させ、通知する、ワイヤボンディングモニタ装置。
5. 請求項４に記載のワイヤボンディングモニタ装置において、
   前記処理部は、前記包絡線と前記放電信号をデジタル信号に変換する変換部と、前記変換部からのデジタル信号に基づいて、前記ワイヤボンディング装置の停止を指示するプロセッサとを備える、ワイヤボンディングモニタ装置。
6. 請求項３に記載のワイヤボンディングモニタ装置において、
   前記処理部は、前記包絡線が、所定の閾値を超えているか否かを判定し、前記所定の閾値を超えている包絡線部分に基づいて、前記ワイヤボンディング装置をモニタする、ワイヤボンディングモニタ装置。
7. 請求項６に記載のワイヤボンディングモニタ装置において、
   前記処理部は、前記所定の閾値を超えている包絡線部分に対して、検出範囲を設定し、前記検出範囲における前記包絡線に基づいて、前記ワイヤボンディング装置をモニタする、ワイヤボンディングモニタ装置。
8. 請求項１に記載のワイヤボンディングモニタ装置において、
   前記波形は、前記超音波発振子の状態に従ったフィードバック信号に基づいた波形である、ワイヤボンディングモニタ装置。
9. 請求項８に記載のワイヤボンディングモニタ装置において、
   前記超音波発振子には、前記金属ワイヤを前記半導体チップの電極に接合するとき、前記金属ワイヤを前記リードに結合するとき、および前記金属ワイヤを、前記半導体チップの電極に対応する位置および前記リードに対応する位置間を移動するとき、発振信号が供給される、ワイヤボンディングモニタ装置。
10. 請求項１に記載のワイヤボンディングモニタ装置において、
    前記ワイヤボンディング装置は、
    前記超音波振動子に結合された超音波ホーンと、
    前記超音波ホーンに取り付けられ、前記金属ワイヤと当接し、前記リードおよび前記半導体チップに対して、上下に移動し、前記金属ワイヤを、前記リードおよび前記半導体チップに接合するとき、前記金属ワイヤに荷重を印加するキャピラリと、
    前記リードおよび前記半導体チップが搭載され、加熱されるヒートプレートと、
    前記超音波ホーンに取り付けられ、前記金属ワイヤを前記半導体チップの電極および前記リードに接合するとき、印加される前記荷重を検出するピエゾ素子と、
    前記キャピラリと、前記リードおよび前記半導体チップとの間の距離を表す距離信号を出力するエンコーダーと、
    を備え、
    前記処理部は、前記ピエゾ素子によって検出された印加荷重と、前記エンコーダーからの距離信号に基づいて、前記ワイヤボンディング装置をモニタする、ワイヤボンディングモニタ装置。
11. 金属ワイヤに当接された超音波発振子に発振信号を供給して、前記金属ワイヤを、半導体チップの電極およびリードに接合させるワイヤボンディング装置に結合されるワイヤボンディングモニタ装置であって、
    前記超音波発振子の振動に基づいた波形が供給される処理部を備え、
    前記処理部は、前記波形の包絡線を形成する包絡線形成部と、所定の閾値が設定される閾値設定部とを備え、前記所定の閾値を超えている包絡線部分に検出範囲を設定し、前記検出範囲における包絡線に基づいて、前記ワイヤボンディング装置をモニタする、ワイヤボンディングモニタ装置。
12. 請求項１１に記載のワイヤボンディングモニタ装置において、
    前記波形は、前記超音波発振子の状態に従ったフィードバック信号に基づいた波形である、ワイヤボンディングモニタ装置。

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