JP4700633B2 - ワイヤ洗浄ガイド - Google Patents

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Description

本発明は、ワイヤボンディング装置等に用いられるワイヤ洗浄ガイドの構造に関する。
半導体の製造工程において、半導体ダイとリードフレームとの間を金属ワイヤで接続するワイヤボンダが多く用いられている。このワイヤボンダにおいては、金線を接続ワイヤとして用いている。しかし、近年の半導体の高速化、低価格化の要求から、より高速の信号処理が可能でコストも安い銅等、金以外の金属線を接続ワイヤとして用いることが多くなってきている。
このような銅等の金属線はその表面が酸化しやすく、高温状態に置かれたり、空気中に長時間放置されたりすると表面に酸化皮膜が形成されてしまう。このような酸化皮膜はワイヤボンディングにおいて接続不良を発生させて、ボンディング品質低下を引き起こすという問題があった。
特許文献１には、銅等の碑金属ワイヤをワイヤボンディングに用いる際に、半導体ダイやリードフレームの加熱による熱によって碑金属ワイヤの表面が酸化することを防止するために、ワイヤ繰り出し部とボンディングツールであるキャピラリとの間において不活性ガスをワイヤに吹き付けて、熱による表面酸化を防止する技術が開示されている。
一方、金ワイヤ等においては、ワイヤループ後にワイヤ間にショートが発生することを防止するためにワイヤに樹脂などによって被覆を行う方法が用いられている。しかし、被覆ワイヤをワイヤボンディングに用いる場合には、ワイヤ表面の被覆を除去して金属面を露出させることが必要となる。このようなワイヤ表面の被覆を除去する技術としては、特許文献２に開示されているように、キャピラリなどのボンディングツールの先端に誘導コイルを備え、ボンディングツールによってワイヤをリードフレームに接地の際に誘導コイルに高周波電流を流してワイヤの樹脂被覆を溶融して接続部分の被覆を除去し、その後、超音波ホーンによって振動を加えながらボンディングツールによってワイヤをリードフレームに加圧して接合を行う方法が提案されている。
特許文献３に開示されているように樹脂被覆をレーザ光線によって加熱し、接続部分の樹脂を溶融、除去する方法や、特許文献４に開示されているように樹脂被覆されたワイヤを放電電極間に挿入し、放電電極間の放電によって放出される電子によって樹脂被覆を加熱、溶融して、樹脂被覆の除去を行う方法も提案されている。
また、金ワイヤにおいては、ボンディング動作の高速化に対応するためワイヤ表面に界面活性剤を塗布している場合が多い。この界面活性剤は高温のボンディングツール先端付近で蒸発するが、含有されている有機成分がボンディングツール先端部分にコンタミネーションとして固着し、長時間使用されると次第にワイヤ切れを悪くするなどのボンディング品質の低下を引き起こすという問題がある。このため、ボンディングツールは所定の時間あるいはボンディング回数毎に交換、あるいは洗浄が必要となり、ボンディング効率が低下するという問題があった。
ワイヤボンディング装置においては、ボンディングツールであるキャピラリに挿通されたワイヤに引張力を与えてワイヤがたるまないようにするテンショナーが用いられている。特許文献５には、筒状のノズルホルダのワイヤスプール側にキャピラリ側よりも大きなワイヤ貫通孔を設け、ノズルホルダに供給された圧縮空気を両側に排出させ、上方に流れる流体抵抗によってワイヤに一定のテンションを掛けるテンショナーが記載されている。
また、特許文献６には、プラズマ発生部においてプラズマ化したガスを先端のガス噴出口から半導体チップの電極に噴射して電極の洗浄を行う技術が開示されている。
特開昭６１−５８２４６号公報 特開平５−２１１１９６号公報 特開昭６１−２１４５３０号公報 特許第２７２３２８０号明細書 特開２００２−８３８３７号公報 特開２０００−３４０５９９号公報
ワイヤ表面の付着物を除去する方法として、特許文献２から４に記載された従来技術がある。しかし、これらの従来技術では、誘導加熱、レーザ加熱、放電加熱等高温加熱処理によってワイヤの表面の樹脂皮膜を除去することは可能であるが、高温処理をするために、処理の際にワイヤの表面が酸化し、酸化皮膜が形成されてしまうという問題がある。これに対して、特許文献４に記載されているように、放電部に不活性ガスを流してワイヤの酸化を防止するという方法もある。しかし、ワイヤ表面に形成された酸化皮膜を除去することは困難であるという問題があった。また、高温によって処理するので、酸化皮膜の除去ができたとしても、高温処理によってワイヤの機械的特性、電気的特性が変化してしまい、接着性の低下による接続不良や動作不良の原因となる場合があるという問題があった。更に、特許文献５に記載されたようなテンションナーを用いた場合には、高温になったワイヤ表面に酸素を含む空気が当たることによって表面の酸化が進んでしまい、表面の酸化物によるワイヤの接続不良の問題が更に助長されてしまうという問題があった。このように特許文献２から４に記載された従来技術ではワイヤ表面の酸化被膜などの異物を効果的に除去することができないという問題があった。
また、特許文献１に記載された従来技術では、表面に酸化が発生していない銅ワイヤのボンディング直前の熱酸化を防止することはできるが、すでに表面に形成された酸化皮膜を除去することはできない。このため、常に表面が酸化していない銅ワイヤを使用してボンディングを行うことが必要で、使用可能なワイヤが制限されてしまうという問題があった。また、表面に酸化皮膜が形成されてしまった銅ワイヤが使用された場合には、その酸化皮膜の除去が出来ないことから、ワイヤの接着性が低下し接続不良などのボンディング品質が低下してしまうという問題がある。
また、上記と同様の理由で、特許文献１から４に記載された従来技術では、金ワイヤの表面に塗布された界面活性剤を効果的に除去することができないという問題があった。
更に、特許文献６に記載された従来技術のように、プラズマ化したガスをジェットとして被洗浄体に噴出させる方法は、一方からプラズマ化したガスを噴出させるため、ワイヤの洗浄に適用した場合でも全周を均等に洗浄することができず、洗浄のムラができ、部分的に接合不良が発生してしまう可能性があるという問題がある。また、ワイヤに向かってプラズマ化したガスを吹き付ける方式では、噴流によってワイヤ経路が変動し、ワイヤの張力も変動することから、接合不良等ボンディング品質の低下を招くという問題があった。
本発明は、ボンディングの際にワイヤ経路においてワイヤ表面の異物を効果的に除去することを目的とする。
本発明の、ワイヤ洗浄ガイドは、プラズマ用ガスが供給され、その中を通るワイヤとの間に通電して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によってワイヤの洗浄を行うプラズマ発生チャンバを備え、ボンディング用のワイヤを送り方向にガイドすると共にワイヤを洗浄するワイヤ洗浄ガイドであって、プラズマ発生チャンバは、ワイヤ繰り出し部とボンディングツールとの間に取り付けられ、ワイヤ繰り出し部側とボンディングツール側とにワイヤを送り方向にガイドする各ガイド孔を含み、ワイヤ繰り出し部側のガイド孔とワイヤとの間から流出するワイヤ洗浄後のガス流量がボンディングツール側のガイド孔とワイヤとの間から流出するワイヤ洗浄後のガス流量よりも大きくなるように、ワイヤ繰り出し部側ガイド孔の径をボンディングツール側のガイド孔の径よりも大きくすること、を特徴とする。
本発明の、ワイヤ洗浄ガイドは、プラズマ用ガスが供給され、その中を通るワイヤとの間に通電して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によってワイヤの洗浄を行うプラズマ発生チャンバを備え、ボンディング用のワイヤを送り方向にガイドすると共にワイヤを洗浄するワイヤ洗浄ガイドであって、プラズマ発生チャンバは、ワイヤ繰り出し部側とボンディングツール側とに設けられ、ワイヤが挿通されると共にプラズマを減衰させるプラズマ減衰孔を含むプラズマ空間仕切り部材と、各プラズマ空間仕切り部材のワイヤ繰り出し部側とボンディングツール側とに設けられ、ワイヤを送り方向にガイドする各ガイド孔と、プラズマ発生チャンバからワイヤ洗浄後のガスを排出するガス排出ノズルと、を含む蓋と、を有することを特徴とする。
また、本発明の、ワイヤ洗浄ガイドにおいて、ガス排出ノズルから排出されたワイヤ洗浄後のガス中の異物を除去するフィルタと、フィルタを通過したガスをプラズマ発生用ガスとしてプラズマ発生チャンバに再供給する再循環流路と、を備えるガス浄化機構を有すること、としても好適であるし、ワイヤ送り方向に沿ってプラズマ発生チャンバの内部に設けられ、中心孔にワイヤが挿通される誘電体の保持コイルを有すること、としても好適である。
本発明は、ボンディングの際にワイヤ経路においてワイヤ表面の異物を効果的に除去することができるという効果を奏する。
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態と参考例について説明する。
以下、本発明のワイヤ洗浄ガイドの好適な参考例について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、ワイヤボンディング装置１１はＸＹテーブル２０の上にボンディングヘッド１９が設置され、ボンディングヘッド１９にはボンディングアーム１３とクランパ１７とが取り付けられている。ボンディングアーム１３の先端には、ボンディングツールであるキャピラリ１６が取り付けられ、ボンディングアーム１３の根元には超音波エネルギを先端のキャピラリ１６に供給する超音波振動子２１が取り付けられている。
ボンディングへッド１９の上部には、半導体ダイ１５のパッド面とリードフレーム１４との間を接続するワイヤ１２が巻回されているワイヤ繰り出し部であるスプール２８が設けられている。ワイヤ繰り出し部であるスプール２８とボンディングツールであるキャピラリ１６との間にはワイヤ１２を洗浄するとともに送り方向にガイドするワイヤ洗浄ガイド３１が設けられている。本参考例では、ワイヤ洗浄ガイド３１は、ボンディングアーム１３に隣接して設けられたクランパ１７とスプール２８との間に設けられているが、スプール２８とキャピラリ１６との間に設けられていれば、この位置に限られず、ボンディングアーム１３とクランパ１７との間に設けられていてもよい。スプール２８は接地されているので、スプール２８を介してワイヤ１２は接地されている。スプール２８に巻回されたワイヤ１２は、スプール２８からワイヤ洗浄ガイド３１を通って送り出され、ワイヤ洗浄ガイド３１によって案内されてクランパ１７からキャピラリ１６の中心孔に挿通されている。ワイヤ洗浄ガイド３１にはプラズマ発生用の高周波電力供給部３２からの電力線３３とプラズマ用ガス供給部３４からプラズマ用ガスを供給するガス供給管３５とが接続されている。
ＸＹテーブル２０はボンディングヘッド１９をボンディング面に沿った面内(ＸＹ面内)で自在な位置に移動することができ、ボンディングへッド１９に取り付けられたボンディングアーム１３は高速Ｚモータにて回転中心２７の回りに駆動されて、その先端に取り付けられたキャピラリ１６を上下方向であるＺ方向に駆動され、クランパ１７はボンディングアーム１３と共に上下に駆動されるよう構成されている。
ＸＹテーブル２０のボンディングアーム１３の先端側にはリードフレーム１４をガイドする２本の搬送ガイド２２が設けられ、この搬送ガイド２２によって半導体ダイ１５の装着されたリードフレーム１４が図中のＸ方向に向かって搬送される。各搬送ガイド２２の間には、ボンディングを行うボンディングステージ２３が設けられ、ボンディングステージ２３に搬送されたリードフレーム１４はボンディングステージ２３に吸着固定される。ボンディングステージ２３には吸着固定したリードフレーム１４を加熱するヒータ２５が取りつけられている。
このように構成されたワイヤボンディング装置１１の動作について簡単に説明する。搬送ガイド２２によって搬送されたリードフレーム１４がボンディングステージ２３の上に来ると、リードフレーム１４はボンディングステージ２３に吸着固定されると共に加熱される。ＸＹテーブル２０によってボンディングアーム１３の先端に取り付けられたキャピラリ１６が半導体ダイ１５のパッド位置に位置合わせされると、ボンディングアーム１３は高速Ｚモータによって下動してキャピラリ１６によってワイヤ１２を半導体ダイ１５に押し付けると共に超音波振動子２１によってキャピラリ１６を振動させ、ワイヤ１２を半導体ダイ１５に接合する。その後、ボンディングアーム１３を上昇させてキャピラリ１６の位置をリードフレーム１４のパッド位置にあわせ、同様にワイヤ１２の接合をする。リードフレーム１４へのワイヤ１２の接合が終了したら、クランパ１７を閉としてワイヤ１２を把持しながらボンディングアーム１３と共に上昇させ、ワイヤ１２を切断する。この動作を半導体ダイ１５とリードフレーム１４の各パッドの間で繰り返し行い、半導体ダイ１５とリードフレーム１４との間をワイヤ１２によって接続していく。そして、半導体ダイ１５とリードフレーム１４との間に接続するワイヤ１２はスプール２８からワイヤ洗浄ガイド３１によって洗浄されてキャピラリ１６に供給されている。
図２を参照しながら、ワイヤ洗浄ガイド３１の第１の参考例について詳細に説明する。ワイヤ洗浄ガイド３１はプラズマ発生チャンバ４１とプラズマ用ガスを供給するガス供給ノズル４２と絶縁ブッシュ４３，４５とを備えている。プラズマ発生チャンバ４１は内部にプラズマを発生させる空間を持つステンレス等の金属製の円筒形状で、スプール側とキャピラリ側にはそれぞれ端板４１ａ，４１ｂが設けられている。各端板４１ａ，４１ｂの中心にはそれぞれ絶縁ブッシュ４３，４５が固定されている。各絶縁ブッシュ４３，４５は、絶縁部材で構成され、その中心にワイヤ１２をガイドするガイド孔４４，４６を備えワイヤ１２をガイドすると共に、金属製のワイヤ１２と金属製のプラズマ発生チャンバ４１とを絶縁している。また、各絶縁ブッシュ４３，４５は、プラズマ発生チャンバ４１の内部で金属製のワイヤ１２をプラズマ発生チャンバ４１の内壁から離間して保持できるように構成されている。プラズマ発生チャンバ４１はその中心にワイヤ１２が配置され、ワイヤ１２の周囲に略均等なプラズマが生成できるように円筒形状としているが、ワイヤ１２の周囲に略均等なプラズマが生成できれば四角形など多角形の筒としても良い。
プラズマ発生チャンバ４１のガス供給ノズル４２はガス配管によってプラズマ用ガス供給部３４に接続されている。プラズマ用ガス供給部３４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、プラズマ用のガス源６３とガス源６３から送られてきたガスをプラズマ発生チャンバ４１に供給する供給ボックス６４とこれらを接続する各種配管とを含んで構成される。本参考例では、プラズマ用ガスはアルゴンガスとしているが、窒素ガスあるいはヘリウム、ネオン等他の不活性ガスを用いてもよい。また、供給ボックス６４にワイヤ１２の表面に付着している異物に応じて、還元性ガスあるいは酸化性ガスを適当な混合比で混合してプラズマ発生チャンバ４１に供給するようにしてもよい。還元性ガスを混合させた場合には、ワイヤ１２の表面における酸化膜等を還元によって除去することができ、酸化性ガスを混合させた場合にはワイヤ表面の有機物の除去がより効果的になる。還元性ガスとしては、例えば水素ガスを用いることができ、酸化性ガスとしては、例えば酸素ガスを用いることができる。還元性ガスは還元性を有していれば水素に限られず、他のガスを用いてもよい。また、酸化性ガスも酸化性を有していれば酸素に限られず他のガスを用いてもよい。なお、消費するガスの量は微量であるので、各ガスは、小型のガスボンベから供給することができる。勿論、外部から専用配管によって供給ボックス６４に接続するものとすることもできる。
金属製のプラズマ発生チャンバ４１にはプラズマ発生用の高周波電力供給部３２が電力線３３によって接続されている。高周波電力供給部３２は、電極としての金属製のプラズマ発生チャンバ４１にプラズマの生成を持続するための高周波電力を供給する機能を有し、整合回路６２と高周波電源６１を含んで構成される。整合回路６２は、電極としてのプラズマ発生チャンバ４１に高周波電力を供給するときの電力反射を抑制するための回路である。高周波電源６１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３４から供給されるガスの種類、流量、プラズマの安定性等を考慮して決定される。
プラズマ発生チャンバ４１の内部を通っているワイヤ１２は、図１で示したスプール２８を介して接地されていることから、高周波電力供給部３２からプラズマ発生チャンバ４１に高周波で電力が供給されると、プラズマ発生用の一方の電極として機能する。
ワイヤ洗浄ガイド３１の動作について説明する。プラズマ発生チャンバ４１内にプラズマ３００を生成するには、次の手順が行われる。最初にプラズマ用ガス供給部３４から適当な流量のプラズマ用ガスをプラズマ発生チャンバ４１内に供給する。図２に示すように、供給されたプラズマ用ガスは、ガス供給ノズル４２からプラズマ発生チャンバ４１内に流れ込んでいく。流れ込んだプラズマ用ガスは図中の矢印にて示すように、スプール側の絶縁ブッシュ４３のガイド孔４４とワイヤ１２との隙間及びキャピラリ側の絶縁ブッシュ４５のガイド孔４６とから外部に流出する。ついで、高周波電力供給部３２から適当な高周波電力をプラズマ発生チャンバ４１に供給する。これらの適当な条件は予め実験で求めておくことができる。そして、供給されたプラズマ用ガスの条件と、高周波電力の条件が適当であると、プラズマ発生チャンバ４１とワイヤ１２とを両電極としてプラズマ発生チャンバ４１の内部でプラズマ用ガスがプラズマ化され、プラズマ３００が生成される。生成されたプラズマ３００は、プラズマ発生チャンバ４１の内部でワイヤ１２に全周方向から略均等に衝突し、ワイヤ外表面に付着した異物の洗浄を全周方向から行う。ワイヤ１２の表面から除去した異物を含むワイヤ洗浄後のガスは、図中の矢印で示すように、スプール側の絶縁ブッシュ４３のガイド孔４４とワイヤ１２との隙間及びキャピラリ側の絶縁ブッシュ４５のガイド孔４６とから外部に流出する。
表面に酸化被膜や界面活性剤などの異物が付着しているワイヤ１２は、スプール側の絶縁ブッシュ４３のガイド孔４４を通ってプラズマ発生チャンバ４１の内部に送られ、この内部でプラズマによって表面の異物を除去されて、キャピラリ側のガイド孔４６から外部に出てキャピラリ１６に送られていく。ワイヤ洗浄ガイド３１はキャピラリ１６のすぐ上方のワイヤ経路の中に配置されているので、洗浄されたワイヤ１２は清浄な表面の状態のままその経路を保つようガイドされてキャピラリ１６に供給され、半導体ダイ１５あるいはリードフレーム１４に接合される。このため、接合面に異物が入り込むことがなく接合不良の発生を低減することができる。また、プラズマ３００によって全周方向からワイヤ１２の洗浄を行うため、ワイヤ１２の洗浄に方向性がなく、全周を略均等に洗浄することができ、どの方向に向かってワイヤ１２を接合する場合でも、接合不良の低減を図ることができる。また、低温のプラズマ３００による処理によってワイヤ１２を洗浄処理するために、ワイヤ１２の電気的、機械的特性の変化を防止して接着力の低下を防止することができるとともに、低温のプラズマ３００による処理によってワイヤ１２の表面に微小な凹凸が形成され、この微小な凹凸によってワイヤ１２の接合性を向上させることができる。また、モールド樹脂との接合性が向上するという効果を奏する。更に、酸化性ガスを混合することによって金ワイヤ等の表面の有機物を効果的に除去することができ、キャピラリ１６の寿命を長くすることができる。被覆ワイヤに本参考例のワイヤ洗浄ガイド３１を適用した場合には、被覆ワイヤ表面にはプラズマ３００による処理によって微小な凹凸が形成され、この微小な凹凸によって樹脂モールドとの接合性が向上するという効果を奏する。
このように、本参考例のワイヤ洗浄ガイド３１はボンディングの際にワイヤ経路においてワイヤ表面の異物を効果的に除去することができるとともに、ワイヤ１２の接合性を向上させることができるという効果を奏する。
図３に示すように、本参考例のワイヤ洗浄ガイド３１は、スプール側に向かってワイヤ１２に張力を掛けるテンショナー９０と共に配置するようにしても好適である。テンショナー９０は筒状のノズルホルダのスプール側にキャピラリ側よりも大きなワイヤ貫通孔を設け、ノズルホルダに供給された高圧空気を両側に排出させる。このときスプール側に流れる排気空気量がキャピラリ側に流れる排出空気量よりも多いため、ワイヤ１２にスプール側に向かう力を発生させる。図３に示すように、ボンディングの際には、ワイヤ１２の先端は半導体ダイ１５又はリードフレーム１４に接合されているのでワイヤ１２には上記の力によって張力が掛かるように構成されている。ワイヤ洗浄ガイド３１はテンショナー９０を通ることによってワイヤ１２の表面に酸化被膜が形成された場合であっても、ワイヤ１２がキャピラリ１６に供給される前にワイヤ経路において、その酸化被膜を効果的に洗浄することができ、ワイヤ１２の接合性を向上させることができるという効果を奏する。
図４及び図５を参照しながら第１の実施形態について説明する。図４に示すように本実施形態のワイヤ洗浄ガイド３１は、ワイヤ１２を案内、洗浄すると共にワイヤ１２にスプール側に向かう張力を掛けることができるように構成されている。図１から図３を参照して説明した参考例と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。図５に示すように、本実施形態では、スプール側の絶縁ブッシュ４３のガイド孔４４の大きさが、キャピラリ側の絶縁ブッシュ４５のガイド孔４６の大きさよりも大きく、ガイド孔４４とワイヤ１２との間から外部に排出される洗浄後ガスの量がガイド孔４６とワイヤ１２との間から外部に排出される洗浄後ガスの量よりも多くなっている。このため、スプール側に噴出する洗浄後ガスの流れによってワイヤ１２にかかるスプール側方向の力はキャピラリ側に噴出する洗浄後ガスの流れによってワイヤ１２にかかるキャピラリ側方向の力よりも大きく、ワイヤ１２はスプール側に向かって力がかかる。先に説明したと同様にこの力によってワイヤ１２に張力が掛かる。この張力はプラズマ発生チャンバ４１の中を通っているワイヤ１２を直線状に保持し、ワイヤ１２とプラズマ発生チャンバ４１内面との距離の変動を低減し、プラズマ３００の発生をより安定化することができる。また、張力によってキャピラリ１６の中心孔に挿通されているワイヤ１２は弛まず、キャピラリ１６はワイヤ１２を所定の形状に成形して半導体ダイ１５とリードフレーム１４との間を接続することができる。
このように、本実施形態のワイヤ洗浄ガイド３１は先に説明した参考例と同様の効果に加えてプラズマ発生チャンバ４１の中を通っているワイヤ１２を直線状に保持し、ワイヤ１２とプラズマ発生チャンバ４１内面との距離の変動を低減して、プラズマ３００の発生をより安定化することができる効果を奏する。また、ワイヤ経路において所定の張力をワイヤ１２に与えることによって、ワイヤ１２を所定の形状に成形して接続することができるという効果を奏する。更に、テンショナー９０を用いなくともワイヤ１２に所定の張力を掛けることができるため、装置を簡便にすることができるという効果を奏する。
図６を参照しながら本発明の第２の参考例について説明する。図１から図５を参照して説明した参考例、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。図６はプラズマ発生チャンバ４１の内部にセラミックスやガラスなどの誘電体４７を取り付け、この誘電体４７の内部に開けられたガイド孔４８にワイヤ１２を挿通させたものである。誘電体４７はセラミックスやガラス等の絶縁材料であることから、金属製のプラズマ発生チャンバ４１からワイヤ１２を絶縁してガイドすることができる。例えば、ワイヤ１２の径が２０〜３０μｍの場合の誘電体４７のガイド孔４８の径は１００μｍから２００μｍとして構成してもよい。また、誘電体４７の側方にはガス供給ノズル４２とガイド孔４８とを連通するガス供給孔４９が設けられている。誘電体４７は一体として構成しても良いし、例えばワイヤ１２の挿通方向に沿って複数に分割して構成するようにしてもよい。先の参考例、実施形態と同様にステンレス等の金属製のプラズマ発生チャンバ４１は高周波電力供給部３２と電力線３３で接続され、ワイヤ１２は図１で示したスプール２８を介して接地されている。
このように構成されたワイヤ洗浄ガイド３１の動作について説明する。プラズマ用ガス供給部３４からガス供給ノズル４２、ガス供給孔４９を通って誘電体４７のガイド孔４８に供給されたプラズマ用ガスは、ガイド孔４８の中をスプール側及びキャピラリ側に向かって流れていく。そして、適切な高周波電力供給部３２から適当な高周波電力がプラズマ発生チャンバ４１に供給されると、プラズマ発生チャンバ４１とワイヤ１２とを両電極として誘電体４７のガイド孔４８の内部でプラズマ用ガスがプラズマ化され、プラズマ３００が生成される。供給される高周波電力の大きさは、誘電体４７の誘電率や供給されるプラズマ用ガスの流量、種類などによって適宜選定される。生成されたプラズマ３００は、誘電体４７のガイド孔４８の内部でワイヤ１２に全周方向から略均等に衝突し、ワイヤ１２の外表面に付着した異物の洗浄を全周方向から行う。ワイヤ１２の表面から除去した異物を含むワイヤ洗浄後のガスは、誘電体４７のガイド孔４８からスプール側及びキャピラリ側に流出する。本参考例は、先に説明した第１の参考例と同様の効果を奏する。
図７を参照しながら、第２の実施形態について説明する。図１から図６を参照して説明した参考例、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。本実施形態は、誘電体４７のスプール側に孔径の大きなスプール側ガイド孔４８ａを備え、キャピラリ側にはスプール側ガイド孔４８ａよりも孔径の小さなキャピラリ側ガイド孔４８ｂを備えている。ガス供給ノズル４２から各ガイド孔４８ａ，４８ｂに流入したプラズマ用ガスは、プラズマ発生チャンバ４１とワイヤ１２とを両電極としてプラズマ化され、プラズマ３００が生成される。プラズマ３００はワイヤ１２の表面の異物を除去してスプール側及びキャピラリ側に流出する。先に説明した第２の実施形態と同様にスプール側ガイド孔４８ａはキャピラリ側ガイド孔４８ｂよりも径が大きく、洗浄後ガスの流量も大きいことから、ワイヤ１２はそのガスの流れによってスプール側に力を受け、その力によって張力が掛かる。この張力は各ガイド孔４８ａ，４８ｂの中を通っているワイヤ１２を直線状に保持する。そして、ワイヤ１２は、キャピラリ１６によって所定の形状に成形されて半導体ダイ１５とリードフレーム１４との間を接続される。本実施形態は、先に説明した第１の実施形態と同様の効果を奏する。
図８を参照しながら第３の実施形態について説明する。図１から図７を参照して説明した参考例、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。図８に示すように、本実施形態では、プラズマ発生チャンバ４１の内部にワイヤ１２を挿通方向に保持する保持コイル５１が設けられている。その他の構成は先に説明した参考例、実施形態と同様である。保持コイル５１はセラミックスあるいはガラス等の誘電部材によって構成され、コイル中心に形成される孔にワイヤ１２を貫通させている。このように構成することによって、ワイヤ１２の位置がプラズマ用ガスの流れによって変動しないように保持し、ワイヤ１２とプラズマ発生チャンバ４１との離間距離が一定となるようにすることができ、プラズマの発生をより安定化させることができるという効果を奏する。本実施形態においても、スプール側の絶縁ブッシュ４３のガイド孔４４の大きさをキャピラリ側の絶縁ブッシュ４５のガイド孔４６の大きさよりも大きくしてワイヤ１２にスプール側に向かう張力を掛けるように構成しても好適である。
図９を参照しながら、第４の実施形態について説明する。図１から図８を参照して説明した参考例、実施形態において説明したのと同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。図９に示すように、本実施形態のワイヤ洗浄ガイド３１はステンレス等の金属製のプラズマ発生チャンバ４１のスプール側とキャピラリ側とにプラズマ空間仕切り部材６５を取り付けて、この各プラズマ空間仕切り部材６５のスプール側とキャピラリ側とにそれぞれ絶縁体からなるスプール側蓋５３と蓋５６とを取り付けたものである。各プラズマ空間仕切り部材６５はその中心のプラズマ減衰孔６６によってプラズマ発生チャンバ４１の中でプラズマ化したガスのプラズマを減衰させてプラズマ発生チャンバ４１で発生したプラズマ３００をスプール側蓋５３及びキャピラリ側蓋５６内部へ広がらないようにして、プラズマ発生チャンバ４１の内部のプラズマ領域と外部の領域を仕切ることができるように構成されている。また、プラズマ減衰孔６６にはワイヤ１２が挿通されている。各蓋５３，５６の中心にはワイヤ１２が挿通するピンホール５５，５８が設けられ、各蓋５３，５６の側面には洗浄後ガスを排出する排気ノズル５４，５７が設けられている。
各蓋５３，５６の中心の各ピンホール５５，５８は、ワイヤ１２と微小隙間を持ってワイヤ１２を滑動自在に案内するように構成されて、ワイヤ１２が送り方向に移動することができ、ワイヤ１２と各蓋５３，５６との間からガスの漏れが少なくなるような構造である。また、各プラズマ空間仕切り部材６５のプラズマ減衰孔６６は、内径が小さくなる部位において、プラズマを減衰させることができればよく、各プラズマ減衰孔はスプール側に向かってテーパ状に広がり、ワイヤ１２の挿通が容易となるような構造となっている。また、テーパ面はやわらかいワイヤ１２を挿入することができるよう、その表面が滑らかな構造となっている。
本実施形態では、ガス供給ノズル４２からプラズマ発生チャンバ４１に供給されたプラズマ用ガスは内部でプラズマ３００となってワイヤ１２の表面の洗浄を行う。プラズマ発生チャンバ４１の内部で発生したプラズマ３００は各プラズマ空間仕切り部材６５のプラズマ減衰穴６６によって減衰した後、洗浄後ガスとなって各蓋５３，５６の排気ノズル５４，５７からプラズマ発生チャンバ４１の外部に排出される。各蓋５３，５６とワイヤ１２との間は微小な隙間となっているので、この部分からは洗浄後ガスの排出量は極僅かで、大部分の洗浄後ガスは排気ノズル５４，５７から排出される。このように、本実施形態のワイヤ洗浄ガイド３１ではほとんどの洗浄後ガスは排気ノズル５４，５７から排出される。
排出された洗浄後ガスには、洗浄によってワイヤ１２から除去した酸化被膜や有機物の粒子が含まれているので、そのままボンディング装置の周辺に排出すると洗浄後ガスに含まれている粒子がボンディング装置などに付着してボンディング品質の低下を招く場合がある。そこで、図９に示すように、本実施形態では、洗浄後ガスを再処理して再使用するガス循環浄化方式によって洗浄後ガスの処理を行うように構成している。プラズマ発生チャンバ４１のガス供給ノズル４２には、バッファタンク７３に貯留されたプラズマ用ガスであるアルゴンガスを供給するガス供給管３５が接続され、ガス供給管３５にはプラズマ用ガスの昇圧用ポンプ７４と流量計７５が取り付けられている。プラズマ発生チャンバ４１の各蓋５３，５６の各排気ノズル５４，５７はそれぞれ排ガス配管８０，８１に接続されている。排ガス配管８０には、圧力計７９が取りつけられ、各排ガス配管８０，８１はフィルタ７６の入口管８２に接続されている。フィルタ７６の出口管８３は圧縮機７７に接続され、圧縮機７７はバッファタンク７３に接続されている。また、バッファタンク７３にはガス補充管７８が接続され、ガス補充管７８にはガスボンベ８４のアルゴンガスを減圧する減圧弁７１とガスの供給を遮断する遮断弁７２とが設けられている。
バッファタンク７３に貯留されているプラズマ用ガスはポンプ７４によって加圧され、所定の流量だけガス供給ノズル４２からプラズマ発生チャンバ４１に供給される。流量は流量計７５によって測定され、所定の流量となるようにポンプ７４の回転数などが調整される。プラズマ発生チャンバ４１に流入したプラズマ用ガスは、高周波電力の通電によってプラズマ化され、プラズマ３００となってワイヤ１２を洗浄した後、洗浄後ガスとなって排気ノズル５４，５７から排出される。排出ガスの圧力は圧力計７９によって監視され、大気圧よりも排気圧力を高くして空気が系統内に入り込まないようにプラズマ用ガスの流量が調整される。排出された洗浄後ガスは排ガス配管８０，８１を通ってフィルタ入口管８２からフィルタ７６に流入する。フィルタ７６はワイヤ１２から除去した酸化被膜や有機物の粒子を洗浄後ガスから除去する機能を有するものである。例えば、図９に示すように、タンクの中で流速を落として重量の重い粒子を下部に分離するような形式でも良いし、繊維状のフィルタであっても良いし、これらを組み合わせたものであっても良い。フィルタ７６によって酸化被膜や有機物の粒子を除去されたガスは、圧縮機７７によって加圧されてバッファタンク７３に流入し、プラズマ用ガスとして再使用される。この循環系統を用いれば、一度ガスボンベ８４からプラズマ用ガスをバッファタンクに７３に減圧して供給すれば、その後はガスの供給無しに継続運転が可能であるが、システムからのガスのリークがある場合には遮断弁７２を開としてガスボンベ８４からアルゴンガスをバッファタンク７３に補充する。本実施形態では、プラズマ用ガスとしてアルゴンガスを用いる場合について説明したが、窒素あるいは他の不活性ガスを用いることとしてもよい。また、バッファタンク７３にワイヤ１２の表面に付着している異物に応じて、還元性ガスあるいは酸化性ガスを適当な混合比で混合してプラズマ発生チャンバ４１に供給するようにしてもよい。本実施形態では、プラズマ用ガスはガスボンベ８４から供給することとして説明したが、ガスボンベ８４からの供給に限らず外部からの専用配管によって供給するように構成することとしてもよい。還元性ガスあるいは酸化性ガスを混合する場合も、各ガスは別のガスボンベから供給しても良いし、別途専用の配管を設けて供給するように構成してもよい。
本実施形態は、第１、第２の参考例の効果に加えて、ワイヤ洗浄ガイド３１から排出される洗浄後ガスをワイヤボンディング装置１１の周辺に排出する量が非常に少なくなるのでワイヤボンディング装置１１の周囲をクリーンな環境に保つことができ、ボンディング品質の向上を図ることが出来るという効果を奏する。また、ガス循環方式を用いることによってガスを再使用でき、プラズマ用ガスの使用量を低減することができるという効果を奏する。
本実施形態では、ガス循環浄化方式について説明したが、排気ノズル５４，５７に排ガス配管を接続して、ボンディング装置の設置されている建屋の外部に排出するなどとしても良いし、洗浄後ガスを排出ガスタンク等に貯留した後に廃棄する等として、ボンディング装置の周辺をクリーンな環境に保つようにしても良い。
以上の参考例、実施形態では、本発明をワイヤボンディング装置１１に適用した場合について説明したが、本発明はワイヤボンディング装置１１のみならず、バンプボンディング装置等ワイヤを用いる他のボンディング装置にも適用することができる。
ワイヤボンディング装置の構成を示す説明図である。 本発明に係るワイヤ洗浄ガイドの第１の参考例の構成を示す説明図である。 本発明に係るワイヤ洗浄ガイドの第１の参考例において、ワイヤ洗浄ガイドをテンショナーと共にワイヤ経路に配置した構成を示す説明図である。 本発明に係るワイヤ洗浄ガイドの第１の実施形態において、ワイヤ洗浄ガイドの配置を示す説明図である。 本発明に係るワイヤ洗浄ガイドの第１の実施形態において、プラズマ発生チャンバを示す断面図である。 本発明に係るワイヤ洗浄ガイドの第２の参考例の構成を示す説明図である。 本発明に係るワイヤ洗浄ガイドの第２の実施形態において、プラズマ発生チャンバを示す断面図である。 本発明に係るワイヤ洗浄ガイドの第３の実施形態の構成を示す説明図である。 本発明に係るワイヤ洗浄ガイドの第４の実施形態の構成を示す説明図である。
符号の説明
１１ ワイヤボンディング装置、１２ ワイヤ、１３ ボンディングアーム、１４ リードフレーム、１５ 半導体ダイ、１６ キャピラリ、１７ クランパ、１９ ボンディングヘッド、２０ ＸＹテーブル、２１ 超音波振動子、２２ 搬送ガイド、２３ ボンディングステージ、２５ ヒータ、２７ 回転中心、２８ スプール、３１ ワイヤ洗浄ガイド、３２ 高周波電力供給部、３３ 電力線、３４ プラズマ用ガス供給部、３５ ガス供給管、４１ プラズマ発生チャンバ、４１ａ，４１ｂ 端板、４２ ガス供給ノズル、４３，４５ 絶縁ブッシュ、４４，４６ ガイド孔、４７ 誘電体、４８ ガイド孔、４８ａ スプール側ガイド孔、４８ｂ キャピラリ側ガイド孔、４９ ガス供給孔、５１ 保持コイル、５３ スプール側蓋、５４，５７ 排気ノズル、５５，５８ ピンホール、５６ キャピラリ側蓋、６１ 高周波電源、６２ 整合回路、６３ ガス源、６４ 供給ボックス、６５ プラズマ空間仕切り部材、６６ プラズマ減衰孔、７１ 減圧弁、７２ 遮断弁、７３ バッファタンク、７４ ポンプ、７５ 流量計、７６ フィルタ、７７ 圧縮機、７８ ガス補充管、７９ 圧力計、８０，８１ 排ガス配管、８２ 入口管、８３ 出口管、８４ ガスボンベ、９０ テンショナー、３００ プラズマ。

Claims (4)

  1. プラズマ用ガスが供給され、その中を通るワイヤとの間に通電して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によってワイヤの洗浄を行うプラズマ発生チャンバを備え、ボンディング用のワイヤを送り方向にガイドすると共にワイヤを洗浄するワイヤ洗浄ガイドであって、
    プラズマ発生チャンバは、ワイヤ繰り出し部とボンディングツールとの間に取り付けられ、ワイヤ繰り出し部側とボンディングツール側とにワイヤを送り方向にガイドする各ガイド孔を含み、
    ワイヤ繰り出し部側のガイド孔とワイヤとの間から流出するワイヤ洗浄後のガス流量がボンディングツール側のガイド孔とワイヤとの間から流出するワイヤ洗浄後のガス流量よりも大きくなるように、ワイヤ繰り出し部側ガイド孔の径をボンディングツール側のガイド孔の径よりも大きくすること、
    を特徴とするワイヤ洗浄ガイド。
  2. プラズマ用ガスが供給され、その中を通るワイヤとの間に通電して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によってワイヤの洗浄を行うプラズマ発生チャンバを備え、ボンディング用のワイヤを送り方向にガイドすると共にワイヤを洗浄するワイヤ洗浄ガイドであって、
    プラズマ発生チャンバは、
    ワイヤ繰り出し部側とボンディングツール側とに設けられ、ワイヤが挿通されると共にプラズマを減衰させるプラズマ減衰孔を含むプラズマ空間仕切り部材と、
    各プラズマ空間仕切り部材のワイヤ繰り出し部側とボンディングツール側とに設けられ、ワイヤを送り方向にガイドする各ガイド孔と、プラズマ発生チャンバからワイヤ洗浄後のガスを排出するガス排出ノズルと、を含む蓋と、
    を有することを特徴とするワイヤ洗浄ガイド。
  3. 請求項２に記載のワイヤ洗浄ガイドであって、
    ガス排出ノズルから排出されたワイヤ洗浄後のガス中の異物を除去するフィルタと、フィルタを通過したガスをプラズマ発生用ガスとしてプラズマ発生チャンバに再供給する再循環流路と、を備えるガス浄化機構を有すること、
    を特徴とするワイヤ洗浄ガイド。
  4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤ洗浄ガイドであって、
    ワイヤ送り方向に沿ってプラズマ発生チャンバの内部に設けられ、
    中心孔にワイヤが挿通される誘電体の保持コイルを有することを特徴とするワイヤ洗浄ガイド。
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