JP3841718B2

JP3841718B2 - ボンディング装置および半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP3841718B2
Application number: JP2002133913A
Authority: JP
Inventors: 達行大久保; 啓祐灘本
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2002-05-09
Filing date: 2002-05-09
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2022-05-09
Also published as: JP2003332387A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボンディング技術および半導体装置の製造技術に関し、特に、ＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）テープ等を用いた組立工程等におけるシングルポイントリードボンディング等に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、半導体装置の製造における組立工程では、ＴＡＢテープに保持されたチップ上のボンディングパッドとＴＡＢテープ上のインナーリードとを個別に逐次的に電気的に接続するシングルポイントリードボンディングが行われる場合がある。
【０００３】
その場合、ボンディングステージ上に載置されたチップから浮いた位置に位置決めされた個々のインナーリードをボンディング工具にてチップ面上のパッドに重なり合うように押し下げてボンディングステージとの間で挟圧することでボンディングが行われ、正常な場合には、ボンディング後のリード形状がなめらかな略Ｓ字形になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このとき、ボンディングするチップのボンディングステージからの高さが一定ならばボンディング後のリード形状はなめらかなＳ字になるが、チップの下に異物が貼り付いた状態（ボンディングステージとチップ背面との間に異物等が介在した状態）でボンディングするとリードはＳ字にならず、大きく屈曲した状態となり、製品としては不良品となる、という技術的課題があった。特に甚だしい場合には、リードが折損して接続不良に至る。
【０００５】
そして、ボンディングステージに異物等が固着したままでボンディング作業を継続すると、大量のボンディング不良品が発生する懸念があった。
【０００６】
本発明の目的は、半導体装置の製造工程におけるボンディング工程でのボンディング不良を低減してボンディング工程での歩留りを向上させることにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、大量のボンディング不良の発生を未然に防止することが可能なボンディング技術を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、シングルポイントリードボンディング工程にて、大量のボンディング不良の発生を未然に防止することが可能なボンディング技術を提供することにある。
【０００９】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１１】
本発明は、ステージとボンディング工具との間で第１対象物と第２対象物を重ね合わせて挟圧することで第１対象物と第２対象物とを接続するボンディング装置であって、挟圧時におけるステージとボンディング工具との距離が既定の設定値を超過した場合にボンディング不良警報を発する制御論理を備えたものである。
【００１２】
また、本発明は、ウェハプロセスにて複数の半導体装置が一括して形成された半導体ウェハを個々の半導体装置毎に分断して得られたチップを準備する工程と、ステージとボンディング工具との間でチップと封止構造物とを重ね合わせて挟圧することでチップと封止構造物とを接続する組立工程とを含む半導体装置の製造方法であって、組立工程では、挟圧時におけるステージとボンディング工具との距離が既定の設定値を超過した場合にボンディング不良警報を発するようにしたものである。
【００１３】
より具体的には、一例として、シングルポイントリードボンディング工程等において、目標着地面高さ（チップの厚さ＋インナーリードの厚さ）から任意の高さ上の場所に“着地面上限高さ”を設け、ボンディングの際、ツールが着地した時の高さ（すなわちボンディング工具の下端面とボンディングステージ上面の距離）が着地面上限高さより高ければ、エラー警報を発生してボンディング装置を停止することで、大量のボンディング不良の発生を未然に防止する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図１および図２は、本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートであり、図３は、本実施の形態の半導体装置の製造方法を実施するボンディング装置の構成の一例を示す概念図である。
【００１６】
まず、図３を参照しながら、本実施の形態を実現する為のボンディング装置の構成を説明する。
【００１７】
水平面内において移動自在なＸ−Ｙテーブル１の上には、ボンディングヘッド２が搭載され、このボンディングヘッド２には、先端部が垂直面内において上下動するボンディングアーム３が支持されている。
【００１８】
ボンディングアーム３の先端部には、ボンディング工具４が支持されている。ボンディング工具４の下方には、ボンディング対象物５が載置されるステージ６が設けられている。
【００１９】
ボンディングアーム３にはボンディング工具４のｘ，ｙ，ｚの各位置を検出する位置検出センサ９が設備されており、位置検出センサ９の出力は後記するメインコントローラ８に接続されている。
【００２０】
この場合、ボンディング対象物５は、たとえば、図４に示されるように、インナーリード１５の搭載面側に、エラストマ１４を介してチップ１３がボンディングされたテープ１６からなる。
【００２１】
チップ１３には、当該チップ１３の内部に形成されている所望の機能の図示しない半導体集積回路と外部との間における電気信号や動作電力などの授受を行う複数のボンディングパッド１７が設けられている。
【００２２】
テープ１６の中央部には、長手方向に所定のピッチで開口部１６ａが形成され、チップ１３は、ボンディングパッド１７を前記開口部１６ａを介して露出させインナーリード１５に対向するようにテープ１６に固定されている。
【００２３】
前記Ｘ−Ｙテーブル１及びボンディングヘッド２を駆動する図示しないサーボモータ等の制御を行う作動コントローラ７には、全体の制御を司るメインコントローラ８が接続されている。
【００２４】
また、メインコントローラ８には、ボンディング工具４が動作する高さデータなどの入力を行う為のキーボード１０や、たとえば、ブザーなどの警報手段１１が接続されており、後述のようなボンディング不良の検出時等において、作動コントローラ７において決定されたボンディング位置に誤り（すなわち、ボンディング位置でのボンディング工具４の着地時の高さが着地面上限高さｈ１を超えた場合等）があると判定された場合に、外部操作者に警報音などで報知し、ディスプレイ１２に表示する動作を行うようになっている。
【００２５】
本実施の形態の場合、メインコントローラ８に設定される上述の高さデータとしては、チップ１３の厚さとインナーリード１５の厚さの和である目標着地面高さｈ０、およびこの目標着地面高さｈ０に、チップ１３の厚さやインナーリード１５厚さのばらつき等による高さエラー誤検出防止等を考慮した余裕値Δｈを加えた着地面上限高さｈ１（＝ｈ０＋Δｈ）がある。
【００２６】
そして、ボンディング動作時における着地時にボンディング工具４の高さｈ２がこの着地面上限高さｈ１を超過した場合（ｈ２＞ｈ１）には、異物介在等に起因するエラーと判定してエラー警報を発生する制御論理が、メインコントローラ８の制御プログラムの一部に組み込まれている。
【００２７】
そして、メインコントローラ８および作動コントローラ７等による、位置検出センサ９から得られるｘ，ｙ，ｚの位置情報を用いたフィードバック制御により、Ｘ−Ｙテーブル１の水平移動及びボンディングアーム３の上下動等を制御して実現されるボンディング工具４によるボンディング動作によって、ステージ６とボンディング工具４との間で、チップ１３の複数のボンディングパッド１７の一つと、１本のインナーリード１５の対を挟圧する動作を逐次的に反復することで、複数のインナーリード１５とチップ１３内の対応する複数のボンディングパッド１７の各々とを個別に逐次的に電気的に接続するシングルポイントのボンディング動作が行われるものである。
【００２８】
以下、図１およひ図２のフローチャートなどを参照しながら、本実施の形態の作用の一例について説明する。
【００２９】
まず、図２のフローチャートにて、本実施の形態の半導体装置の製造方法の全体工程の一例について説明する。
【００３０】
まず、ＴＡＢテープ等のテープ１６の準備（ステップ２０１）およびチップ１３の準備（ステップ２０２）を行う。
【００３１】
テープ１６は、中央部に開口部１６ａを有する樹脂等からなるテープ基材の一主面にエッチング等の方法で導体からなるインナーリード１５を被着形成したものである。
【００３２】
また、チップ１３は、ウェハプロセスにて複数の半導体装置が一括して形成された図示しない半導体ウェハを個々の前記半導体装置毎に分断して得られる。
【００３３】
そして、テープ１６の開口部に、個々のチップ１３のボンディングパッド１７が露出するように、エラストマ１４を介してチップ１３をボンディングするチップボンディングが行われる（ステップ２０３）。
【００３４】
さらに、後述の図１に例示されるような本実施の形態のインナーリードボンディング工程により、チップ１３のボンディングパッド１７にインナーリード１５を電気的に接続するインナーリードボンディング工程が行われる（ステップ２０４）。
【００３５】
その後、必要に応じて、たとえばチップ１３のインナリードボンディング部分の一部または全部を覆うような封止および、テープ１６を個々のチップ１３を単位として分断して半導体装置とする工程が行われ（ステップ２０５）、エージングテストによる半導体装置の選別工程（ステップ２０６）を経て、良品の半導体装置の出荷が行われる（ステップ２０７）。
【００３６】
次に図１のフローチャートにて、本実施の形態のインナーリードボンディング工程をより詳細に説明する。
【００３７】
まず、チップ１３がボンディング済みのテープ１６をボンディング装置に装填して、テープ１６の送り動作にて、一つのチップ１３をステージ６に位置決めする（ステップ１００）。
【００３８】
次に、後述の図４（ａ）〜（ｄ）に例示されるように、ボンディング工具４を動作させて１本のインナーリード１５を変形し、ボンディング工具４を対応する一つのボンディングパッド１７に着地させる（ステップ１０１）。この時、ボンディング工具４とステージ６との間にてチップ１３およびインナーリード１５が重なり合った状態で挟圧される。
【００３９】
ボンディング工具４が着地した時に、位置検出センサ９でボンディング工具４の位置をメインコントローラ８に送信し、ボンディング工具４の位置をメインコントローラ８に実装された制御ソフトウェアで判定する（ステップ１０２）。
【００４０】
着地時のボンディング工具４の高さｈ２（すなわちステージ６との距離）が、予めメインコントローラ８に設定されている着地面上限高さｈ１より高いとメインコントローラ８で判断した場合（すなわち、図４（ｅ）〜（ｈ）のようなボンディング不良の発生が懸念されると判断した場合）、ブザーなどの警報手段１１が外部の操作者に報知し、ディスプレイ１２にてその内容を表示する（ステップ１０３）。
【００４１】
このステップ１０３において、警報を認識した操作者は、たとえば、装置を停止して、チップ１３の裏面やステージ６の上面等を点検して警報の原因を調査し、必要に応じてステージ６上の清掃による異物除去等の保守を行うことができる。これにより、ステージ６に異物等が付着したままでインナーリードボンディングを継続することによる大量のチップ１３のボンディング不良の発生を未然に防止できる。
【００４２】
着地時のボンディング工具４の高さｈ２が着地面上限高さｈ１以下で正常とメインコントローラ８で判断した場合（図４（ａ）〜（ｄ）の場合）、たとえばボンディング工具４から超音波を印加しつつ押圧してインナーリード１５をボンディングパッド１７にボンディングする（ステップ１０４）。
【００４３】
ボンディング後、当該チップ１３内における全リードのボンディング完了か判定し（ステップ１０５）、未完の場合には、次のインナーリード１５（ボンディングパッド１７）の位置にボンディング工具４を位置決めして（ステップ１０６）、前記ステップ１０１以降を反復する。
【００４４】
前記ステップ１０５でチップ１３内のすべてのインナーリード１５のボンディングが完了と判定された場合には、当該テープ１６における前記チップ１３のボンディング完了か判定し（ステップ１０７）、当該テープ１６における前記チップ１３におけるインナーリードボンディングが未完の場合には、ステップ１００に戻ってテープ１６をチップ１３の配列ピッチだけ送って次のチップ１３をステージ６上に位置決めして以降の操作を繰り返す。
【００４５】
図４の（ａ）〜（ｄ）にはチップ１３の裏面に異物がない場合のボンディング工具４の動作及びインナーリード１５の変形フローが工程順に断面図として示されている。
【００４６】
図４の（ｅ）〜（ｈ）にはチップ１３の裏面に異物３００がある場合のボンディング工具４の動作及びインナーリード１５の変形フローが工程順に断面図として示されている。
【００４７】
異物３００がステージ６に固着している場合、図４（ｅ）〜（ｈ）のような状態でインナーリードボンディングが継続されることによって大量のボンディング不良が発生することが懸念されるが、本実施の形態の場合には、このような異物３００の介在等によるチップ１３のボンディング高さ異常が発生当初に早期に確実に検出され、警報を発することによって、操作者に報知され、直ちに原因調査や異物３００の除去等の対策が行われるので、図４（ａ）〜（ｄ）の正常な状態に復帰させることが可能であり、異常状態のままでインナーリードボンディングが継続されることが確実に防止され、大量のチップ１３におけるインナーリードボンディング不良の発生を確実に防止できる。
【００４８】
すなわち、チップ１３の下に異物３００が貼り付いた状態でボンディングすると、着地時のボンディング工具４の高さｈ２が着地面上限高さｈ１を超えて確実に不良と判断できるので、当該不良検出の時点でチップ１３の下面を調べれば原因は一目瞭然であるため、不良の原因となる微少な異物３００も発見可能となり、従来のように、製品を検査するまで不良品かどうか分からないために製品不良が多発すること、を確実に防止できる。
【００４９】
また、本実施の形態のように、ボンディング中におけるエラー警報の発生時にチップ１３の裏面を調査することで、装置起因の不良か製品起因の不良かが的確に判別できる。
【００５０】
この結果、シングルポイントリードボンダ等のボンディング装置を用いた半導体装置の製造工程における半導体装置の歩留りが向上する。
【００５１】
上述の実施の形態では、ボンディング工具４が動作する基準となる高さが一定である為、チップ１３の裏面に異物３００が付着すると、ボンディングパッド１７の高さが高くなり、ボンディング工具４を破損したり、チップ１３等のボンディング対象物５が不良品となる場合があるが、以下の方法により解決できる。
【００５２】
▲１▼チップ１３にボンディング工具４が動作する基準となる高さを取り込める箇所を設け、ボンディングする前に必ずその場所に高さを取り込みに行き、ボンディング工具４の高さが着地面上限高さｈ１より高い場合は、ボンディング前にエラーを発生させることにより、ボンディング工具４を破損することはなく、ボンディング対象物５は不良品にならない。
【００５３】
▲２▼ボンディングする前にあらかじめ図示しないレーザー測高器などによりチップ１３の高さ測定して読み込み、チップ１３のボンディングパッド１７の面の高さが高い場合は、エラー警報を発生させることにより、ボンディング工具４を破損することはなく、ボンディング対象物５は不良品にならない。
【００５４】
▲３▼ボンディング前にボンディング対象物５の裏面を図示しないカメラで写し、裏面に異物３００等があればエラー警報を発生させることにより、ボンディング工具４を破損することはなく、ボンディング対象物５は不良品にならない。
【００５５】
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。
【００５６】
たとえば、ボンディング対象物としては、インナーリードボンディングされるチップとインナーリードの組み合わせにかぎらず、チップボンディング工程におけるリードフレームのタブとチップの組み合わせ等に適用してもよい。
【００５７】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００５８】
半導体装置の製造工程のボンディング工程におけるボンディング不良を低減して、ボンディング工程での歩留りを向上させることができる、という効果が得られる。
【００５９】
大量のボンディング不良の発生を未然に防止することが可能なボンディング技術を提供することができる、という効果が得られる。
【００６０】
シングルポイントリードボンディング工程にて、大量のボンディング不良の発生を未然に防止することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２とともに本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】図１とともに本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を実施するボンディング装置の構成の一例を示す概念図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、正常時のシングルポイントリードボンディングの動作を工程順に例示した断面図であり、（ｅ）〜（ｈ）は、ボンディング不良時のシングルポイントリードボンディングの動作を工程順に例示した断面図である。
【符号の説明】
１…Ｘ−Ｙテーブル、２…ボンディングヘッド、３…ボンディングアーム、４…ボンディング工具、５…ボンディング対象物、６…ステージ、７…作動コントローラ、８…メインコントローラ、９…位置検出センサ、１０…キーボード、１１…警報手段、１２…ディスプレイ、１３…チップ、１４…エラストマ、１５…インナーリード（第１対象物）、１６…テープ、１６ａ…開口部、１７…ボンディングパッド（第２対象物）、ｈ０…目標着地面高さ、ｈ１…着地面上限高さ（既定の設定値）、ｈ２…実際のボンディングにおける着地時のボンディング工具の高さ、Δｈ…余裕値。

Claims

ステージとボンディング工具との間で第１対象物と第２対象物を重ね合わせて挟圧することで前記第１対象物と前記第２対象物とを接続するボンディング装置であって、
前記挟圧時における前記ステージと前記ボンディング工具との距離が既定の設定値を超過した場合にボンディング不良警報を発する制御論理を備え、
前記第１対象物はＴＡＢテープに保持されたチップであり、前記第２対象物は前記ＴＡＢテープ上の複数のインナーリードであり、前記チップの外部接続電極と個々の前記インナーリードとを逐次個別に電気的に接続することを特徴とするボンディング装置。
ウェハプロセスにて複数の半導体装置が一括して形成された半導体ウェハを個々の前記半導体装置毎に分断して得られたチップを準備する工程と、ステージとボンディング工具との間で前記チップと封止構造物とを重ね合わせて挟圧することで前記チップと前記封止構造物とを接続する組立工程とを含む半導体装置の製造方法であって、
前記組立工程では、前記挟圧時における前記ステージと前記ボンディング工具との距離が既定の設定値を超過した場合にボンディング不良警報を発することとし、
前記封止構造物はＴＡＢテープであり、前記組立工程では、前記ＴＡＢテープ上の個々のリードと前記チップ上の個々の外部接続電極とを逐次的に電気的な接続を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。