JP5016816B2 - ボンディング装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボンディング装置及び半導体装置の製造方法に関する。

一般に、半導体製造装置であるボンディング装置は１つの電子部品に別の電子部品を位置決めして接合する装置をいう。

以下、従来例としてフリップチップボンディング装置を例にして説明する。図５に示すように、半導体ウェハを載置するウェハ載置部１、リードフレームを搬送する搬送装置２、ウェハ載置部１上の半導体ウェハから半導体電子部品を吸着して取り出し、反転させた後に搬送装置２上の所定の位置まで移送し、さらに、搬送装置２の所定位置においてリードフレームに対してこの半導体電子部品を圧着させるデバイスハンドリング装置３を備えている。そして電子部品をリードフレームにボンディングするのに必要な各工程で電子部品やボンディング状態を監視するためにカメラ群が設置されている。ウェハ載置部１上にはウェハカメラＣ１、移送中の電子部品を監視するためのデバイスカメラＣ２、電子部品を反転させた後の表面（ウェハ上では裏面側）を監視する裏面カメラＣ３、そしてリードフレームに対する電子部品の位置合わせ認識用のフレームカメラＣ４が設置されている。

そして、上記のボンディング装置の搬送装置２の部分には、図６〜図８に示すように、内部に酸化防止ガスを流しながらリードフレームを搬送する筒様の搬送路５が形成されており、この搬送路５内でリードフレーム６を搬送し、また搬送路５の下部材５Ａに設けられたガス吹込み孔５Ｂを通して酸化防止ガス７を搬送路５内に吹込んで流通させ、銅のような易酸化性金属で形成されているリードフレーム６の酸化を防止するようにしている。

搬送路５のデバイス熱圧着作業位置の下部には半導体電子部品とリードフレームの該当箇所を加熱するためのヒータ８が設置してある。搬送路５の上部材５Ｃにおけるヒータ８の直上位置には開口部５Ｄが形成してあり、そこにカバー９が取り付けてある。カバー９の中央部には作業孔１０が形成してある。この作業孔１０は、そこを通してツール１１が吸着して移送してきた電子部品を搬送路５内に挿入し、リードフレーム６のヒータ８による加熱箇所に圧着させるためのものである。

この電子部品の作業孔１０を通しての搬送路５内への挿入工程やそれに続く熱圧着工程を監視するために、作業孔１０の直上方には、図５に示したように、フレームカメラＣ４が設置されている。そしてこのフレームカメラＣ４にてボンディング作業中の作業孔１０内の電子部品の位置を監視する場合、ヒータ７にて加熱された熱気体が作業孔１０から上側に出てくるが、これが熱気体であるゆえに周囲の外気と大きな温度差、密度差があり、それが陽炎１２を発生させ、フレームカメラＣ４による作業孔１０内の電子部品のボンディング位置認識の精度を悪くする。そこで、ボンディング装置では、従来から、搬送路５の上部材５Ｃの上方に陽炎防止ブロワ１３を設置して、この陽炎防止ブロワ１３から気体１４を作業孔１０の部分に吹き付けて熱気体を吹き飛ばし、陽炎１２が発生しないようにしている。

ところが、このような従来のボンディング装置では、半導体電子部品をリードフレームにボンディングし、ボンディングが完了すればリードフレームを一定寸法分だけ搬送し、次の電子部品を同じようにしてリードフレームの所定位置にボンディングするという作業を繰り返し、その間、陽炎防止のために陽炎防止ブロワ１３にて気体１４を噴射させているが、リードフレーム６の搬送が停止した際には、陽炎防止ブロワ１３から噴射される気体１４が作業孔１０を通して搬送路５内に進入して搬送路５内の酸化防止ガスの濃度を低下させるため、加熱されている易酸化性のリードフレーム６が酸化してしまい、その酸化したリードフレームは廃棄してしまわなければならない無駄が発生する問題点があった。
特開２００３−７７９４３号公報 特開平１１−２１４４２７号公報

本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、搬送路内のリードフレームの搬送が停止されてもリードフレームの酸化が防止できるボンディング装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、半導体ウェハを載置するウェハ載置部と、リードフレームを搬送する搬送装置と、前記ウェハ載置部上の半導体ウェハから電子部品を吸着して取り出し、前記搬送装置上の所定位置まで移送し、さらに、前記搬送装置の所定位置において前記リードフレームの所定部位に対して当該電子部品を圧着させるデバイスハンドリング装置と、前記リードフレームに対する前記電子部品の位置合わせ認識用のフレームカメラとを備え、前記搬送装置が、酸化防止ガスが流れる筒様の搬送路内で前記リードフレームを搬送し、前記デバイスハンドリング装置が、前記搬送路の所定位置に電子部品を移送し、前記認識用のフレームカメラによる監視の下で前記搬送路の所定位置において前記搬送路の上面に形成された作業穴を通して前記リードフレームの所定部位に前記電子部品を載置し、加熱圧着するボンディング装置であって、前記搬送路の所定位置の下部に配置された、当該搬送路内を搬送される前記リードフレームの前記所定部位を加熱するためのヒータと、前記搬送路内に酸化防止ガスを供給する酸化防止ガス供給手段と、前記作業穴を通して前記搬送路から上に逃げ出す熱気体を吹き飛ばすための気体を吹き出す陽炎防止ブロワと、前記陽炎防止ブロワから前記作業孔に吹き付けられる気体が前記作業孔から前記搬送路内に流れ込まないように当該気体の流れをガイドする、前記作業孔よりも前記陽炎防止ブロワの気体吹出口側に設置された整流板とを備えたものである。

請求項２の発明は、請求項１のボンディング装置において、前記整流板は、前記搬送路の上面に固定され、前記陽炎防止ブロワからの気体の主流をガイドする主体部と、当該主体部の側方に延出し、前記作業孔に前記搬送路の側方から回り込む気体の流れを抑止する側翼部とを備えたことを特徴とするものである。

請求項３の発明の半導体装置の製造方法は、請求項１又は２に記載のボンディング装置により、前記リードフレームの所定部位に前記デバイスハンドリング装置にて移送されてきた前記電子部品を圧着接合して半導体装置を製造することを特徴とする。

本発明のボンディング装置によれば、整流板を筒様の搬送路における陽炎防止ブロワの気体吹出口の前方に設置したことで、搬送路の作業孔から上方に逃げ出す熱気体を吹き飛ばすために陽炎防止ブロワから噴射される気体が搬送装置停止時に当該作業孔から搬送路内に流れ込まないように当該気体の流れをガイドすることができ、リードフレームの搬送が停止されてもその間にリードフレームが酸化されるのを防止でき、酸化してしまったリードフレームを廃棄するという無駄の発生を防止できる。

また、前記整流板を主体部とその側方の側翼部にて構成することで、主体部にて陽炎防止ブロワから噴射され、搬送路上方を流れる気体の主流の作業孔への流れ込みを防止し、また整流板の側翼部にて搬送路側方を流れる気体の副流の作業孔への流れ込みも防止することができ、搬送装置の停止時のリードフレームの酸化防止をより効果的に行える。

本発明の半導体装置の製造方法によれば、ボンディング装置を用いた半導体装置の製造において、リードフレームの搬送が停止されてもその間にリードフレームが酸化されるのを防止でき、酸化してしまったリードフレームを廃棄するという無駄の発生を防止できる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１〜図３は本発明の１つの実施の形態のボンディング装置の構成を示している。本実施の形態の適用されるボンディング装置は、図５に示した一般的なフリップチップボンディング装置と同様であり、したがって、以下、図５〜図８に示した従来例と共通する構成要素については、共通する符号を用いて説明する。

図１〜図３に示すように、本実施の形態のボンディング装置の搬送装置２の部分には、内部に酸化防止ガス７を流しながらリードフレーム６を搬送する筒様の搬送路５が形成されており、この搬送路５内でリードフレーム６を搬送し、また搬送路５の下部材５Ａに設けられたガス吹込み孔５Ｂを通して酸化防止ガス７を搬送路５内に吹込んで流通させ、銅のような易酸化性金属のリードフレーム６の酸化を防止するようにしている。

搬送路５のデバイス熱圧着作業位置の下部には半導体電子部品とリードフレーム６の該当箇所を加熱するためのヒータ８が設置してある。搬送路５の上部材５Ｃにおけるヒータ８の直上位置には開口部５Ｄが形成してあり、そこにカバー９が取り付けてある。カバー９の中央部には作業孔１０が形成してある。ツール１１は、吸着し移送してきた電子部品をこの作業孔１０を通して搬送路５内に挿入し、リードフレーム６のヒータ８による加熱箇所に圧着させる。従来例と同様に、この電子部品の作業孔１０を通しての搬送路５内への挿入工程やそれに続く熱圧着工程を監視するために、作業孔１０の直上方には、図５に示したようにフレームカメラＣ４が設置されている。従来例と同様に、搬送路５の上部材５Ｃの上方に陽炎防止ブロワ１３が設置してある。この陽炎防止ブロワ１３は、その気体吹出口から気体１４を噴射し、作業孔１０の部分に吹き付けて熱気体を吹き飛ばし、陽炎１２の発生を防止する。

陽炎防止ブロワ１３からカバー９の作業孔１０に吹き付けられる気体１４が当該作業孔１０から搬送路５内に流れ込まないように、当該気体１４の流れをガイドするために、作業孔１０よりも陽炎防止ブロワ１３の気体吹出口側の位置において、搬送路５に対して整流板２０を取り付けている。

この整流板２０は、搬送路５の上面を跨ぎ、陽炎防止ブロワ１３からの気体１４の主流をガイドする主体部２１と、この主体部２１の側方に延出し、作業孔１０に搬送路５の側方から回り込む気体の流れを抑止する側翼部２２、そして主体部２１から延出する基部２３から構成され、この基部２３を搬送路５の上面に取着することで整流板２０の全体を搬送路５の上面に固定している。

次に、上記構成のボンディング装置の動作について説明する。ヒータ８を加熱させ、また筒様の搬送路５内に酸化防止ガス７を供給しつつ、搬送装置２を起動し、リードフレーム６を搬送路５内で間欠移動させながら、ツール１１にて吸着し移送してきた電子部品を作業孔１０を通して搬送路５内に挿入し、リードフレーム６の所定の位置に加熱圧着する。この作業中、図５に示した作業孔１０の上方に位置するフレームカメラＣ４が作業孔１０内のリードフレーム６と電子部品の位置認識を行い、リードフレーム６上の所定の位置に電子部品を加熱圧着、つまり、ボンディングする。

この作業中、陽炎防止ブロワ１３は作動していて、気体を噴射して作業孔１０から逃げ出してくる酸化防止ガスを含む熱気体を吹き飛ばし、陽炎１２が発生するのを防止する。尚、この陽炎防止の作用中、整流板２０は陽炎防止ブロワ１３からの気体１４の流れをある程度ガイドし作業孔１０から搬送路５内に流入するのを防止するが、気体１４が作業孔１０の上方に到達して熱気体を吹き飛ばす作用を妨害することはない。

前後の工程におけるエラーの発生などが原因となり、搬送装置２の搬送動作が一時的に停止した時でも、加工点の環境を一定程度に保つためにヒータ８は加熱動作を継続し、また陽炎防止ブロワ１３も気体１４の噴射動作を継続する。その間、リードフレーム８は一定箇所が加熱され続け、また陽炎防止ブロワ１３から気体１４が噴射され続けるが、その気体１４が作業孔１０を通して搬送路５内に入り込まないように整流板２０が気体１４の流れをガイドする。これにより、加熱中の易酸化性のリードフレーム６の加熱部分が搬送路５内に入り込んだ外気によって酸化されるのを防止する。

図４のフローチャートは、このボンディング装置による電子部品のボンディング作業の流れを示すものである。１つの電子部品のボンディングが完了すれば（ステップＳ１）、リードフレーム６を一定寸法だけ搬送し（ステップＳ２，Ｓ３）、次の電子部品のボンディングを行う工程を繰り返す。

いま何らかの原因、例えば、前後の工程におけるエラーの発生などによってリードフレーム６の搬送が不可となれば、ステップＳ２でＮＯに分岐し、時間経過のカウントを開始する（ステップＳ４）。そして、所定のタイムアウト時間である、例えば３分以内に搬送が再開できるようになれば、リードフレーム６の搬送を再開し（ステップＳ５，Ｓ３）、ステップＳ１〜Ｓ３の電子部品のボンディング作業を再開する。この搬送装置２の停止期間中もヒータ８は加熱動作を継続し、また陽炎防止ブロワ１３も気体１４の噴射を継続しているので、従来であれば気体１４が作業孔１０から搬送路５内に入り込み、加熱されているリードフレーム６の加熱されている部分を酸化してしまっていた。しかしながら、本実施の形態の場合には、上述したように、その間、気体１４が作業孔１０を通して搬送路５内に入り込まないように整流板２０が気体１４の流れをガイドし、これにより、加熱中の易酸化性のリードフレーム６の加熱部分が搬送路５内に入り込んだ外気によって酸化されるのを防止する。

この後、停止時間が３分を経過すれば、搬送装置２を停止し、ヒータＯＦＦ、陽炎防止ブロワＯＦＦにし（ステップＳ６，Ｓ７）、搬送再開まで待機する（ステップＳ８）。そして、搬送再開指令を受けると、ヒータＯＮ、陽炎防止ブロワＯＮにし、搬送、ボンディング作業を再開する（ステップＳ８，Ｓ９，Ｓ３）。

本実施の形態の場合、上記の整流板２０を搬送路５に取り付けたことによって、搬送装置２が３０分間停止した後にも、リードフレーム６の酸化が認められず、整流板２０によるリードフレーム６の酸化防止効果を確認することができた。

尚、上記の搬送装置２の本停止までの待ち時間は３分に限られるものではない。また搬送装置２の本停止の際にヒータ８をＯＦＦとし、陽炎防止ブロワ１３もＯＦＦとする代りに、ヒータ８を下降させてリードフレーム６から離してリードフレーム６の温度を低下させる機構、あるいはヒータ８とリードフレーム６との間に断熱材を挿入して同様に温度を低下させる機構、逆にリードフレーム６を上昇させる機構にすることもできる。

本発明の１つの実施の形態のボンディング装置における搬送装置の平面図。 上記実施の形態における搬送装置の正面図。 上記実施の形態における搬送装置の側面図。 上記実施の形態のボンディング装置によるボンディング作業工程のフローチャート。 一般的なフリップチップボンディング装置の斜視図。 従来のボンディング装置における搬送装置の平面図。 従来のボンディング装置における搬送装置の正面図。 従来のボンディング装置における搬送装置の側面図。

符号の説明

１ ウェハ載置部
２ 搬送装置
３ デバイスハンドリング部
５ 搬送路
５Ａ 下部材
５Ｂ 酸化防止ガス吹込み孔
５Ｃ 上部材
５Ｄ 開口部
６ リードフレーム
７ 酸化防止ガス
８ ヒータ
９ カバー
１０ 作業孔
１１ ツール
１２ 陽炎
１３ 陽炎防止ブロワ
１４ 気体
２０ 整流板
２１ 主体部
２２ 側翼部
２３ 基部

Claims (3)

1. 半導体ウェハを載置するウェハ載置部と、リードフレームを搬送する搬送装置と、前記ウェハ載置部上の半導体ウェハから電子部品を吸着して取り出し、前記搬送装置上の所定位置まで移送し、さらに、前記搬送装置の所定位置において前記リードフレームの所定部位に対して当該電子部品を圧着させるデバイスハンドリング装置と、前記リードフレームに対する前記電子部品の位置合わせ認識用のフレームカメラとを備え、
   前記搬送装置が、酸化防止ガスが流れる筒様の搬送路内で前記リードフレームを搬送し、
   前記デバイスハンドリング装置が、前記搬送路の所定位置に電子部品を移送し、前記認識用のフレームカメラによる監視の下で前記搬送路の所定位置において前記搬送路の上面に形成された作業穴を通して前記リードフレームの所定部位に前記電子部品を載置し、加熱圧着するボンディング装置であって、
   前記搬送路の所定位置の下部に配置された、当該搬送路内を搬送される前記リードフレームの前記所定部位を加熱するためのヒータと、
   前記搬送路内に酸化防止ガスを供給する酸化防止ガス供給手段と、
   前記作業穴を通して前記搬送路から上に逃げ出す熱気体を吹き飛ばすための気体を吹き出す陽炎防止ブロワと、
   前記陽炎防止ブロワから前記作業孔に吹き付けられる気体が前記作業孔から前記搬送路内に流れ込まないように当該気体の流れをガイドする、前記作業孔よりも前記陽炎防止ブロワの気体吹出口側に設置された整流板とを備えたボンディング装置。
2. 前記整流板は、前記搬送路の上面に固定され、前記陽炎防止ブロワからの気体の主流をガイドする主体部と、当該主体部の側方に延出し、前記作業孔に前記搬送路の側方から回り込む気体の流れを抑止する側翼部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置。
3. 請求項１又は２に記載のボンディング装置により、前記リードフレームの所定部位に前記デバイスハンドリング装置にて移送されてきた前記電子部品を圧着接合して半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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