JP2024047176A - 半導体製造装置及び半導体製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は半導体製造装置及び半導体装置製造方法に関し、ファイバーセンサーを用いることなく、実際に送り出したワイヤの量を検出できる半導体製造装置及び半導体装置製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】ＵＳホーンと、センサーと、メモリと、プロセッサを備える半導体製造装置である。センサーは、ＵＳホーンのＸ、Ｙ及びＺ軸方向の移動量を検出するよう構成され、メモリは、ワイヤボンドプログラムを格納するよう構成され、プロセッサは、ワイヤボンドプログラムに従い、移動量に基づいて金属製ワイヤの送出量を演算するよう構成され、ＵＳホーンは、移動量と金属製ワイヤの使用予定量が一致したところでワイヤの送出を停止し、ワイヤボンディングを実施するよう構成されている。【選択図】図６

Description

本開示は、半導体製造装置及び半導体装置製造方法に関する。

半導体素子とリードフレーム間をワイヤボンディングする場合、ワイヤたわみ等を抑制しつつ、所望のワイヤ形状を実現する必要がある。そのため、ワイヤの送り出し量を一定とすることで、ワイヤにかかる負荷を一定とする技術が求められている。

ワイヤの送り出し量を一定とするためには、実際のワイヤの送り出し量を検出する必要がある。例えば、特許文献１には、実際のワイヤの送り出し量を検出するための技術が開示されている。一方、実際のワイヤの送り出し量を検出する従来の方法として、ファイバーセンサーを用いる方法が知られている。この方法では、ファイバーケーブル内の光の反射を用いて、ワイヤの有無を検知する。

特開平０７－３３５６８７号公報

しかし上述の方法では、ワイヤ経路の汚れ等の影響により、ファイバーセンサー感度が低下することがある。そのため、ワイヤ送り出し不具合が発生する課題があった。

本開示は上述の課題を解決するため、ファイバーセンサーを用いることなく、実際に送り出したワイヤの量を検出できる半導体製造装置を提供することを第一の目的とする。

また、本開示は、ファイバーセンサーを用いることなく、実際に送り出したワイヤの量を検出できる半導体製造方法を提供することを第二の目的とする。

本開示の第一の態様は、ＵＳホーンと、センサーと、メモリと、プロセッサを備える半導体製造装置であって、センサーが、ＵＳホーンのＸ、Ｙ及びＺ軸方向の移動量を検出するよう構成され、メモリが、ワイヤボンドプログラムを格納するよう構成され、プロセッサが、ワイヤボンドプログラムに従い、移動量に基づいて金属製ワイヤの送出量を演算するよう構成され、ＵＳホーンが、移動量と金属製ワイヤの使用予定量が一致したところでワイヤの送出を停止し、ワイヤボンディングを実施するよう構成されている半導体製造装置であることが好ましい。

本開示の第二の態様は、センサーと、ＵＳホーンと、ワイヤボンドプログラムを格納したメモリと、プロセッサを備える半導体製造装置が行う半導体製造方法であって、センサーが、ＵＳホーンのＸ、Ｙ及びＺ軸方向の移動量を検出することと、プロセッサが、ワイヤボンドプログラムに従い、移動量に基づいて金属製ワイヤの送出量を演算することと、ＵＳホーンが、移動量と金属製ワイヤの使用予定量が一致したところでワイヤの送出を停止し、ワイヤボンディングを実施することとを備える半導体製造方法であることが好ましい。

本開示の第一及び第二の態様によれば、ファイバーセンサーを用いることなく、実際に送り出したワイヤの量を検出できる半導体製造装置を提供することができる。

ワイヤボンディング設備の動作部を示す図である。 金属製ワイヤが配線された半導体装置の一部を示す図である。 金属製ワイヤを成形するためのキャピラリーの動作を示す図である。 複数の金属製ワイヤによって配線された半導体装置の一部を示した図である。 本開示の実施の形態１に係る装置ワイヤ供給部を示す図である。 本開示の実施の形態１に係るワイヤボンディングの処理を示すフローチャートである。 本開示の実施の形態２に係るワイヤボンディングの処理を示すフローチャートである。 本開示の実施の形態３に係るワイヤボンディングの処理を示すフローチャートである。 本開示の実施の形態４に係るワイヤボンディングの処理を示すフローチャートである。

実施の形態１
［ワイヤボンディングプロセスの概要］
まず、金属製ワイヤのワイヤボンディングについて説明する。図１は、ワイヤボンディング設備の動作部を示す図である。ワイヤボンディング動作部は、ＵＳホーン１を備える。ＵＳホーン１はキャピラリー２に接続されており、キャピラリー２は金属製ワイヤ３を送り出せるように構成されている。金属製ワイヤ３は、金、銀、銅、アルミ等といった電気抵抗の低い金属で構成されている。

ワイヤボンディングの第一のプロセスは、金属製ワイヤの先端にＦＡＢを形成させるスパーク動作である。例えば、スパークロッド５から金属製ワイヤ３の先端に向けて放電を行い、金属製ワイヤ３の先端を溶融させることで、ＦＡＢ４を形成させることができる。

図２は、金属製ワイヤが配線された半導体装置の一部を示す図である。半導体装置は、リードフレーム８を備える。リードフレーム８は、複雑な形状をしている。そのため、ワイヤボンディング時にリードフレーム８を固定しないと、金属製ワイヤ３を正常に接続することができない。

また、リードフレーム８には、ダイボンド接合材７を用いて半導体素子６が接合されている。半導体素子６には、縦寸法３．５ｍｍ以下、横寸法７ｍｍ以下、厚み０．５ｍｍ以下のＩＣ素子が例示できる。半導体素子６にはＦＡＢ４ａが接合されており、ＦＡＢ４ａを先端とする金属製ワイヤ３ａがリードフレーム８ａに接続されている。

また、半導体装置は、センサー２０を備える。センサー２０は、ＵＳホーン等の移動量を検知する。移動量の検知は、例えば画像処理を用いて行っても良いし、それ以外の処理によって行っても良い。さらに、半導体装置は、メモリ３０を備える。メモリ３０は、プロセッサ４０に実施させるワイヤボンドプログラムを格納している。プロセッサ４０は、ワイヤボンドプログラムに従い、演算処理を実施する。さらに、半導体装置は、チップ認識カメラ５０を備える。チップ認識カメラ５０は、生産バラつきにより発生する半導体素子６及びリードフレーム８の傾斜を検知できる。

ワイヤボンディングの第二のプロセスは、ＦＡＢを半導体素子の電極等に接合する動作である。例えば図２の半導体装置の場合、まずキャピラリー２のＺ方向の上下動作及びＸＹ方向の往復動作によって、ＦＡＢ４を所定の位置に移動する。そしてＦＡＢ４を半導体素子６に押し付けると同時に超音波（ＵＳ）を印加することで、半導体素子６に接合されたＦＡＢ４ａを形成することができる。

図３は、金属製ワイヤを成形するためのキャピラリーの動作を示す図である。半導体素子６上には、ＦＡＢ４ａを介して金属製ワイヤ３ａが接合されている。また、金属製ワイヤ３ｂがＦＡＢ４ｂを介して配線される予定の位置が破線で示されている。

さらに、キャピラリー２で金属製ワイヤ３ｂの配線を形成するために通す必要のある経路が、軌跡イメージ１１として点線で示されている。つまり、金属製ワイヤ３ｂは下記の方法で破線の位置に配線される。まず、ＦＡＢ４ｂが半導体素子６上に形成された後、キャピラリー２を軌跡イメージ１１のように動作させる。その後、後述する電力用半導体素子１３の上にキャピラリー２を移動させ、金属製ワイヤ３ｂを接合する。

ワイヤボンディングの第三のプロセスは、ＦＡＢを先端とする金属製ワイヤの配線を成形する動作である。例えば図３の半導体装置の場合、ＦＡＢ４ｂの接合を終えたキャピラリー２は、軌跡イメージ１１のように、Ｚ方向及びＸＹ方向に微細な動作を繰り返す。これにより、後のプロセスで、金属製ワイヤ３ｂをＦＡＢ４ｂと反対側の一端で電力用半導体素子１３に接合した際、金属製ワイヤ３ｂの配線が破線通りに形成される。

なお、空間１２は、軌跡イメージ１１と金属製ワイヤ３аとの間に存在する空間を示し、キャピラリー２の先端が他の配線と衝突しない経路を通ることを表す。

図４は、複数の金属製ワイヤによって配線された半導体装置の一部を示した図である。半導体素子６上には、ＦＡＢ４ａを先端とする金属製ワイヤ３ａと、ＦＡＢ４ｂを先端とする金属製ワイヤ３ｂといった複数の金属製ワイヤが接合されている。金属製ワイヤ３ａは、ＦＡＢ４ａと反対側の一端でリードフレーム８ａに接合されている。金属製ワイヤ３ｂは、ＦＡＢ４ｂと反対側の一端で電力用半導体素子１３に接合されている。電力用半導体素子１３は、リードフレーム８ｂ上に、図示しない接合材で接合されている。

なお、金属製ワイヤ３ｂは、異電極へのショートを防止するため、主に台形のワイヤ形状をしている。この形状を実現するため、ＸＹステージ及びＺ軸を動作させる。

ワイヤボンディングの第四のプロセスは、ＦＡＢを先端とする金属製ワイヤの反対側の一端を接合する動作である。例えば図４の半導体装置の場合、金属製ワイヤ３ｂの形成が終わると、キャピラリー２は、電力用半導体素子１３上の所定の位置に移動する。そして金属製ワイヤ３ｂを電力用半導体素子１３に押し付け、同時にＵＳを印加することで、金属製ワイヤ３ｂを電力用半導体素子１３に接合させることができる。以上の四つがワイヤボンディングプロセスの概要となる。

［実施の形態１の概要］
図５は、本開示の実施の形態１に係る装置ワイヤ供給部を示す図である。装置ワイヤ供給部は、ワイヤスプール１６を備える。ワイヤスプール１６は、内部に金属製ワイヤ３を、外部にワイヤスプールモータ１７を有する。ワイヤスプールモータ１７は、例えばステッピングモータまたはサーボモータであり、容易に入手可能である。ワイヤスプールモータ１７が駆動すると、ワイヤスプール１６が回転するため、金属製ワイヤ３が押し出される。

また、装置ワイヤ供給部は、ワイヤガイド１４を備える。金属製ワイヤ３は、ワイヤガイド１４に沿って押し出される。さらに、装置ワイヤ供給部は、エアー送出機１５を備える。エアー送出機１５は、金属製ワイヤ３にワイヤーテンションエアーを送出することで、金属製ワイヤ３のたるみを抑制する。

図６は、本開示の実施の形態１に係るワイヤボンディングの処理を示すフローチャートである。まず、ステップ１００で、金属製ワイヤの使用予定量の内部演算を行う。内部演算の詳細については後述する。次に、ステップ１０２で、リードフレームを装置に搭載する。続けて、ステップ１０４で、ワイヤボンディングを開始する。

次に、ステップ１０６で、使用予定量と実際の送出量が等しくなるよう、金属製ワイヤを送出する。すなわち、後述する内部演算と同じ手法により、金属製ワイヤの実際の送出量をリアルタイムで測定する。そして、金属製ワイヤの実際の送出量が、使用予定量と等しくなったところで、ワイヤスプールモータを停止させる。なお、この際の金属製ワイヤ３は、等速で送出される。

続けて、ステップ１０８で、ワイヤボンディングを実施する。これにより、使用予定量通りの金属製ワイヤを用いて、ワイヤボンディングを実施することができる。

本実施形態では、まず、パッケージ毎に使用するワイヤ長を内部演算する。そして、演算結果とワイヤボンディング動作とを同期させる。すなわち、演算結果に基づき、ワイヤスプールモータ１７を駆動させることで、必要量の金属製ワイヤ３を送り出し、ワイヤボンディングを行うことができる。

［実施の形態１の内部演算の詳細］
内部演算の詳細について説明する。本実施形態に係る半導体製造装置は、ユニット各部のＸ、Ｙ及びＺ軸方向の移動量を検出するセンサーを備える。センサーが検出した移動量は、ワイヤボンド対象ユニット専用のワイヤボンドプログラムに送信される。ワイヤボンドプログラムは、送信された移動量に基づき、金属製ワイヤの使用予定量及び実際の送出量を演算する。

移動量を検出するユニットとしては、ＵＳホーン１が例示できる。それ以外にも、キャピラリー２、スパークロッド５、後述するチップ認識カメラを移動させるためのＸＹステージ、ＵＳホーン１及びキャピラリー２を上下動作させワイヤボンディングを行うＺ軸等が例示できる。

本実施形態ではさらに、生産バラつきにより発生する半導体素子６及びリードフレーム８の傾斜を、チップ認識カメラにより検知できる。検知した傾斜のデータを加えることで、金属製ワイヤの使用予定量及び実際の送出量を、より微細に演算することが可能となる。

ステップ１００に係る、金属製ワイヤの使用予定量の演算は、ユニット各部の移動予定量及び検知されたユニット各部の傾斜等に基づいて実施される。ユニット各部の移動予定量は、例えば、半導体装置の設計図等から事前に計算できる。一方、ステップ１０６に係る、金属製ワイヤの実際の送出量については、検知されたユニット各部の移動量及び検知されたユニット各部の傾斜等に基づいて実施される。

本実施形態により、ファイバーセンサーを用いることなく、実際に送り出したワイヤの量を検出できる。その結果、ワイヤの誤供給を削減し、ワイヤ形状の再現性を高めることができる。すなわち、ワイヤボンディングの安定性を向上させられる。さらに、ワイヤ送り出し不具合を削減できることから、コスト改善により利益率も向上させられる。

実施の形態２
図７は、本開示の実施の形態２に係るワイヤボンディングの処理を示すフローチャートである。実施の形態２は、金属製ワイヤの使用予定量を内部演算させるのではなく、手入力する点が、実施の形態１と異なる。なお、ステップ１０２、１０４及び１０８は図６と共通のため、説明を割愛する。

ステップ１０２に先立ち、ステップ１１０で、金属製ワイヤ使用予定量を入力する。例えば、半導体装置の設計図等から、金属製ワイヤの使用予定量を事前に計算する。その計算結果に基づき、金属製ワイヤの使用予定量を、装置のパラメーターとして手入力する。

そして、ステップ１０６では、入力した金属製ワイヤ使用量の情報に基づき、ワイヤスプールモータ１７を駆動させる。これにより、実施の形態１と同様に、必要量の金属製ワイヤ３を送り出し、ワイヤボンディングを行うことができる。

本実施形態では、金属製ワイヤの使用予定量を手入力とすることで、内部演算するデータ量を削減することができる。そのため、演算にかかる時間及びデータ量を削減することができる。

実施の形態３
図８は、本開示の実施の形態３に係るワイヤボンディングの処理を示すフローチャートである。実施の形態３は、ワイヤーテンションエアーの流量を調整する点が、実施の形態１と異なる。なお、ステップ１００から１０８までは図６と共通のため、説明を割愛する。

ステップ１１２では、ワイヤーテンションエアーの流量を調整する。すなわち、金属製ワイヤ３が等速で送出されるのと並行して、エアー送出機１５が送出しているワイヤーテンションエアーの流量を制御する。

本実施形態では、エアー送出機１５が送出するワイヤーテンションエアーの流量を制御することで、送り出している金属製ワイヤ３のたるみを、より適切に抑制することができる。そのため、ワイヤボンディングの安定性をより向上させることができる。

実施の形態４
図９は、本開示の実施の形態４に係るワイヤボンディングの処理を示すフローチャートである。実施の形態４は、金属製ワイヤの１ユニット分を一括で送出する点が、実施の形態３と異なる。なお、ステップ１００から１０４、１０８及び１１２は図８と共通のため、説明を割愛する。

ステップ１１４では、使用予定量と実際の送出量が等しくなるよう、１ユニット分の金属製ワイヤを送出する。すなわち、使用予定量と等しい金属製ワイヤ３を、事前に一括で送出する。その後、ステップ１１２で、ワイヤーテンションエアーの送出を行い、たるみを抑制する。

本実施形態では、金属製ワイヤの実際の送出を１ユニット分ずつ行う。そのため、実施の形態３とは異なる態様により、ワイヤボンディングの安定性をより向上させることができる。

以下、本開示の所態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）
ＵＳホーンと、センサーと、メモリと、プロセッサを備える半導体製造装置であって、
前記センサーが、前記ＵＳホーンのＸ、Ｙ及びＺ軸方向の移動量を検出するよう構成され、
前記メモリが、ワイヤボンドプログラムを格納するよう構成され、
前記プロセッサが、前記ワイヤボンドプログラムに従い、前記移動量に基づいて金属製ワイヤの送出量を演算するよう構成され、
前記ＵＳホーンが、前記移動量と金属製ワイヤの使用予定量が一致したところでワイヤの送出を停止し、ワイヤボンディングを実施するよう構成されている
半導体製造装置。
（付記２）
前記プロセッサが、前記使用予定量を、事前に演算するよう構成されている
付記１に記載の半導体製造装置。
（付記３）
前記プロセッサが、事前に計算され、手入力された前記使用予定量を受信するよう構成されている
付記１に記載の半導体製造装置。
（付記４）
チップ認識カメラを備え、
前記チップ認識カメラが、半導体装置に搭載された半導体素子及びリードフレームの傾斜を検知するよう構成され、
前記プロセッサが、前記移動量と前記傾斜に基づいて金属製ワイヤの送出量を演算するよう構成されている
付記１から３の何れか一項に記載の半導体製造装置。
（付記５）
チップ認識カメラを備え、
前記チップ認識カメラが、半導体装置に搭載された半導体素子及びリードフレームの傾斜を検知するよう構成され、
前記プロセッサが、前記移動量と前記傾斜に基づいて金属製ワイヤの使用予定量を演算するよう構成されている
付記２に記載の半導体製造装置。
（付記６）
ワイヤーテンションエアーを送出し、該ワイヤーテンションエアーの流量を制御するエアー送出機を備える
付記１から５の何れか一項に記載の半導体製造装置。
（付記７）
前記金属製ワイヤを等速で送出する、付記１から６の何れか一項に記載の半導体製造装置。
（付記８）
前記金属製ワイヤを、１ユニットに使用する分だけ一括で送出する、付記１から７の何れか一項に記載の半導体製造装置。
（付記９）
センサーと、ＵＳホーンと、ワイヤボンドプログラムを格納したメモリと、プロセッサを備える半導体製造装置が行う半導体製造方法であって、
前記センサーが、前記ＵＳホーンのＸ、Ｙ及びＺ軸方向の移動量を検出することと、
前記プロセッサが、前記ワイヤボンドプログラムに従い、前記移動量に基づいて金属製ワイヤの送出量を演算することと、
前記ＵＳホーンが、前記移動量と金属製ワイヤの使用予定量が一致したところでワイヤの送出を停止し、ワイヤボンディングを実施することと
を備える半導体製造方法。

３、３ａ、３ｂ 金属製ワイヤ
６ 半導体素子
８、８ａ、８ｂ リードフレーム
１５ エアー送出機
２０ センサー
３０ メモリ
４０ プロセッサ
５０ チップ認識カメラ

Claims (9)

1. ＵＳホーンと、センサーと、メモリと、プロセッサを備える半導体製造装置であって、
   前記センサーが、前記ＵＳホーンのＸ、Ｙ及びＺ軸方向の移動量を検出するよう構成され、
   前記メモリが、ワイヤボンドプログラムを格納するよう構成され、
   前記プロセッサが、前記ワイヤボンドプログラムに従い、前記移動量に基づいて金属製ワイヤの送出量を演算するよう構成され、
   前記ＵＳホーンが、前記移動量と金属製ワイヤの使用予定量が一致したところでワイヤの送出を停止し、ワイヤボンディングを実施するよう構成されている
   半導体製造装置。
2. 前記プロセッサが、前記使用予定量を、事前に演算するよう構成されている
   請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記プロセッサが、事前に計算され、手入力された前記使用予定量を受信するよう構成されている
   請求項１に記載の半導体製造装置。
4. チップ認識カメラを備え、
   前記チップ認識カメラが、半導体装置に搭載された半導体素子及びリードフレームの傾斜を検知するよう構成され、
   前記プロセッサが、前記移動量と前記傾斜に基づいて金属製ワイヤの送出量を演算するよう構成されている
   請求項１に記載の半導体製造装置。
5. チップ認識カメラを備え、
   前記チップ認識カメラが、半導体装置に搭載された半導体素子及びリードフレームの傾斜を検知するよう構成され、
   前記プロセッサが、前記移動量と前記傾斜に基づいて金属製ワイヤの使用予定量を演算するよう構成されている
   請求項２に記載の半導体製造装置。
6. ワイヤーテンションエアーを送出し、該ワイヤーテンションエアーの流量を制御するエアー送出機を備える
   請求項１に記載の半導体製造装置。
7. 前記金属製ワイヤを等速で送出する、請求項１に記載の半導体製造装置。
8. 前記金属製ワイヤを、１ユニットに使用する分だけ一括で送出する、請求項１に記載の半導体製造装置。
9. センサーと、ＵＳホーンと、ワイヤボンドプログラムを格納したメモリと、プロセッサを備える半導体製造装置が行う半導体製造方法であって、
   前記センサーが、前記ＵＳホーンのＸ、Ｙ及びＺ軸方向の移動量を検出することと、
   前記プロセッサが、前記ワイヤボンドプログラムに従い、前記移動量に基づいて金属製ワイヤの送出量を演算することと、
   前記ＵＳホーンが、前記移動量と金属製ワイヤの使用予定量が一致したところでワイヤの送出を停止し、ワイヤボンディングを実施することと
   を備える半導体製造方法。

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