JP5137612B2

JP5137612B2 - ボンディング方法及びボンディング装置

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Publication number: JP5137612B2
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Inventors: 幸司櫻井
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Description

本発明は、半導体デバイスの組立工程において、テープ状のフイルム（テープキャリヤ）に形成されたリードと半導体チップ上の電極（パッド）とを接続するシングルポイント方式のボンディングに関し、特に半導体チップを搭載するヒータプレートの傾きの影響を受けることなしに、安定したボンディングが可能なボンディング方法及びボンディング装置に関する。

テープキャリヤに形成されたリードと半導体チップ（ＩＣチップともいう）上のパッドとを接続するシングルポイント方式のボンディングでは、ツール高さ、サーチ高さ、サーチレベル、サーチスピード等によりボンディングツールが制御されている。ツール高さは、ボンディングツールの原点からボンディング対象物のボンド面までの高さであり、サーチ高さは、サーチレベルからボンディング面であるパッドまでの高さであり、サーチレベルからパッドまではボンディングツールがサーチスピードで動作する領域である。サーチスピードは、サーチレベル（サーチ高さ）以下でのボンディングツールの下降速度である。サーチレベルは、ボンディングツールの下降速度が高速域から低速域に変わるときのボンディングツールの高さである。なお、サーチレベルは、ツール高さとサーチ高さにより規定されており、ツール高さからサーチ高さを差し引いた値に相当するものである。

従来のボンディング方法又はボンディング装置におけるツール高さは、以下に示す１）又は２）のようにボンディングにおける基準値として用いられている。
１）全てのパッドに対して前もって設定した同一のツール高さ（基準ツール高さ）でボンディングを行う。
２）最初のパッドは基準ツール高さでボンディングし、以後のパッドは、１つ前のボンディングでのリードを介してパッドにタッチしたツール高さを用いて次のボンディングを行い、ツール高さを順次更新しながらボンディングを行う。

また、シングルポイントボンディングにおいてボンディング中のツール高さの変化を検知して、ステージと半導体チップの裏面に介在する異物等による不良発生を防止するボンディング装置が特許文献１に開示されている。

特開２００３−３３２３８７公報

シングルポイント方式のボンディングでは、ヒータプレート（ヒートプレートともいう。）上に半導体チップを搭載して、テープキャリヤに形成されているリードと半導体チップのパッドとのボンディングが行われるが、ヒータプレートの平面が傾いていた場合には、半導体チップも傾いて搭載される。

全てのパッドに対して前もって設定した同一のツール高さ（基準ツール高さ）を用いたボンディングでは、ヒータプレート上の半導体チップが傾いていたときには、サーチレベルから半導体チップのパッドまでの距離が変化し、ボンディングツールの下降速度を十分な低速度に切り替えるよりも早くボンディングツールがパッドに衝突する危険がある。このため、サーチレベルを十分な高さに設定しておく必要がある。さらに、半導体チップの傾きによりサーチレベルからのサーチ動作領域における低速度での移動時間にバラツキが発生し、ボンディング時間が一定にならないため、安定したボンディングが行えない。

また、最初のパッドは基準ツール高さでボンディングし、以後のパッドでは、１つ前のボンディングでのリードを介してパッドにタッチしたツール高さを用いるようにして、ツール高さを順次更新しながら行うボンディングでは、パッドと次のパッドが近傍にあってパッドを順番にボンディングする場合には、１つ前のパッドでのツール高さからサーチレベルを変更することにより半導体チップの傾きに対して補正効果はあるが、パッドから次のパッドまでが離れている場合には、半導体チップの傾きによってツール高さが大きく異なり、１つ前のツール高さでは半導体チップの傾きに対して補正効果が得られないことがある。また、パッドのボンディングの順序も制限される。

このため、半導体チップが傾斜しているような場合には、ツール高さが急激に変化していることがあり、サーチレベルからのボンディングツールの下降速度を十分な低速度に切り替えるよりも早くボンディングツールがリードを介してパッドに衝突する危険がある。従って、ボンディングツールがボンディング面に衝突することがないようにサーチレベルを十分な高さに設定して、高速から低速に早めに切り替えてボンディングを行うようになされているものの、この場合には高速化が図れないという問題がある。なお、サーチレベルは、ボンディング面であるパッドに近いほどボンディングツールの低速での移動時間が短いためボンディングの高速化が可能となる。

本発明は、このような従来の問題点に着目して成されたものであり、ヒータプレートの表面の傾きにより被ボンディング部品である半導体チップのボンディング面の高さが異なる場合であってもボンディングツールの高さを自動的に補正して、サーチレベルを半導体チップのパッド表面から一定の距離となるようにボンディングツールを制御することにより安定したボンディングが可能であり、かつ高速ボンディングを図ることができるボンディング方法及びボンディング装置を提供することを目的とするものである。

上記目的達成のため、本願発明のボンディング方法は、ボンディングデバイスを加熱するヒータプレート上にボンディングデバイスとしての半導体チップを直接搭載して、テープキャリヤのリードと前記半導体チップ上の電極とをボンディングするボンディング方法において、ボンディングツールを下降させてボンディングツールの原点における先端部と前記ヒータプレート表面との距離を測定し、測定した距離から前記ヒータプレートの平面の傾きを求める第１の工程と、前記ヒータプレート上に半導体チップを搭載した状態で、測定位置でのボンディングツールの先端部と半導体チップ上の電極との距離を測定する第２の工程とを有し、前記第１の工程で求めたヒータプレートの傾きと前記第２の工程で求めたボンディングツールの先端部と半導体チップ上の電極との距離及び測定位置から、半導体チップの各電極の位置に応じて前記半導体チップの各電極と前記ボンディングツールの原点までの高さであるツール高さを算出し、算出したツール高さのデータに基づいてボンディング時に前記ボンディングツールの下降速度を高速から低速に切り換えるサーチレベルを、サーチレベルから半導体チップのパッド表面までの距離が一定となるように設定して、前記ボンディングツールを制御するようにしたことを特徴とする。

また、本発明は、ボンディング時に前記テープキャリヤ上に一体に形成されたリードを前記ボンディングツールで個別に切断する工程を有することを特徴とする。

また、本発明のボンディング方法は、シングルポイント方式のボンディングであることを特徴とする。

また、本発明は、前記第１の工程で求めたヒータプレートの平面の傾きが規定値を超えている場合には、警報を発することを特徴とする。

また、本願発明のボンディング装置は、ボンディングデバイスを加熱するヒータプレート上にボンディングデバイスとしての半導体チップを直接搭載して、テープキャリヤのリードと前記半導体チップ上の電極とをボンディングするボンディング装置において、前記ボンディング装置は、当該ボンディング装置全体の制御を行う制御装置を備え、当該制御装置は、ボンディングツールを下降させてボンディングツールの原点における先端部と前記ヒータプレート表面との距離を測定し、測定した距離から前記ヒータプレートの平面の傾きを求め、前記ヒータプレート上に半導体チップを搭載した状態で、測定位置でのボンディングツールの先端部と半導体チップ上の電極との距離を測定し、前記ヒータプレートの平面の前記傾きと前記ボンディングツールの先端部と半導体チップ上の電極との前記距離及び測定位置から、半導体チップの各電極の位置に応じて前記半導体チップの各電極と前記ボンディングツールの原点までの高さであるツール高さを算出し、算出したツール高さのデータに基づいてボンディング時に前記ボンディングツールの下降速度を高速から低速に切り換えるサーチレベルを、サーチレベルから半導体チップのパッド表面までの距離が一定となるように設定して、前記ボンディングツールを制御するようにしたことを特徴とする。

ヒータプレートの平面の傾きを算出して半導体チップのボンディング位置におけるツール高さのデータを補正してサーチレベルが半導体チップのパッド表面から一定の距離となるようにボンディングツールを制御することにより、高速移動領域からサーチ動作領域のボンディングツールの軌跡及び動作スピードを均一にコントロールすることができ、パッドへのダメージが軽減され、均一なボンディングが可能となる。

また、ヒータプレートの傾きを補正することによりヒータ部とヒータプレートの組立調整におけるばらつき、ヒータプレートの熱変形等によるボンディングへの悪影響を排除することができる。

また、ヒータプレートの傾きを量的に捉えることができるため、ヒータプレートの調整、交換後の確認作業が短時間で行うことができ、良否の結果を直ちに得ることができる。

また、ヒータプレートの平面の傾きが規定値を超えている場合には、警報等を発することにより、ヒータプレートの傾きによるボンディングへの悪影響を排除することができる。

更に、ヒータプレートの傾きを補正することにより、サーチレベルがボンディング面に対して一定となるため、ボンディングの順序を自由に選択することができる。

また、ヒータプレートの平面が傾いている場合でもサーチレベルからボンディング面までのボンディングツールの移動距離を最小にすることができるため、ボンディングスピードが速くなり、ボンディング工程でのスループットの向上が可能となる。

また、テープキャリヤ上に一体に形成されたリードをボンディングツールで個別に切断する工程においても、ヒータプレートの平面の傾きに影響されることなしに、安定したボンディングを行うことが可能となる。

以下図面を参照して、本発明によるボンディング方法及びボンディング装置の実施形態について詳述する。なお、本発明は、テープキャリヤに形成されたリードと半導体チップ上のパッドとを接続するシングルポイント方式のボンディングに関し、前もってヒータプレートの平面の傾きを算出して、ボンディング時に半導体チップのボンディング位置におけるツール高さのデータをヒータプレートの平面の傾きデータを用いて補正してサーチレベルが半導体チップのパッド表面から一定の距離となるようにボンディングツールを制御することにより、高速移動領域からサーチ動作領域のボンディングツールの軌跡及び動作スピードを均一にコントロールすることができ、パッドへのダメージが軽減され、また、高速で均一なボンディングが可能となるようにしたものである。

図１は、ボンディング装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、ボンディング装置１は、光学レンズ５ａを取り付けた撮像手段としてのカメラ５と、カメラ５からの映像信号を表示するモニタ１７と、ボンディングツール２ａが先端に装着されたボンディングアーム２と、ボンディングアーム２を上下に駆動するリニアモータを有するボンディングヘッド３と、ボンディングアーム２及びボンディングヘッド３からなるボンディング手段及び撮像手段を搭載してＸ方向及びＹ方向に二次元的に移動させて位置決めする位置決め手段としてのＸＹテーブル４と、半導体チップ２０を搭載しボンディングツール２ａ、ボンディングアーム２及びボンディングヘッド３によるボンディング作業が行なわれるヒータプレート８と、ボンディング装置１全体の制御を行うマイクロプロセッサを含む制御装置１２と、この制御装置１２からの指令信号に応じて前記ボンディングヘッド３及びＸＹテーブル４への駆動信号を発する駆動装置１１とを備えている。なお、ヒータプレート８はヒータ部９により加熱され、ヒータプレート８のサイズ、形状は、ボンディングする半導体チップ２０のサイズ、搭載する半導体チップ２０の個数に決定される。

また、ボンディング装置１は、ＸＹテーブル４を手動にて移動させることが可能なマニピュレータ１５と数値入力キー、操作スイッチを備える操作パネル１６を有している。

ボンディングアーム２を上下に駆動するボンディングヘッド３には、ボンディングアーム２の位置を検出する位置検出センサ１０を備えており、位置検出センサ１０は、ボンディングアーム２の原点からのボンディングアーム２先端に装着されたボンディングツール２ａの位置を制御装置１２に出力するようになっている。また、このボンディング装置１は、ボンディングツール２ａに超音波振動を印加できるように構成されている。

図１から明らかなように、カメラ５の光学レンズ５ａの位置とＸＹテーブル４に搭載されたボンディングヘッド３のボンディングアーム２先端に装着されたボンディングツール２ａの位置とは異なっており、光学レンズ５ａの位置とボンディングツール２ａの位置との距離（ずれ量）をオフセットデータとして設定しておく。カメラ５で撮像した画像をモニタに表示し、マニピュレータ１５でモニタの表示画面の中心に表示されている十字マークの交点に所定の位置を目合わせし、目合わせした位置でのＸＹテーブル４のＸ軸及びＹ軸の位置を制御装置１２が目合わせ位置の座標とし記憶することができるようになっている。また、ＸＹテーブル４がオフセットデータ分移動することにより、ボンディングツール２ａがカメラ５で目合わせした位置の上方に位置するようになっている。

図１に示すボンディング装置１は、テープキャリヤ２２に形成されたリード２２ａと半導体チップ２０の対応するパッドとを重ね合わせて、ボンディングツール２ａで端子を１本ずつ接合するシングルポイントボンディング方式に用いるものである。

シングルポイントボンディングは、半導体チップ２０のサイズとほぼ同じ大きさのヒータプレート８上に半導体チップ２０を直接搭載し、テープキャリヤ２２のリード２２ａが半導体チップ２０の所定のパッド上に位置するように設定し、半導体チップ２０を加熱しつつ、パッド直上に位置するリード２２ａをボンディングツール２ａで押圧してパッドとリード２２ａを接触させてボンディングツール２ａの超音波振動及び荷重を印加して接合を行うものである。なお、ボンディングエリア内で複数の半導体チップ２０をボンディングするときには、複数の半導体チップ２０を搭載できるヒータプレート８を設けるようにする。

次に、ボンディング時に使用するボンディングパラメータについて、図２及び図３を参照して説明する。図２は、ヒータプレート８上に半導体チップ２０を搭載した状態でのツール高さ、サーチレベルを示す図である。図３は、ボンディング時のボンディングアーム２の下降時の速度波形及びボンディングツール２ａの軌跡を示す図である。

まずボンディングツール２ａの高さ位置の測定基準となるボンディングアーム２の原点の位置は、位置検出センサ１０に内蔵した光センサ等の原点センサ信号により検出するようにする。なお、光センサによる原点検出では光センサの取り付け位置を変更できるようにして、ボンディングアーム２の原点の位置を調節可能にすることが望ましい。

ボンディング時にボンディングツール２ａを制御する条件としては、ツール高さ、サーチ高さ、サーチレベル、サーチスピード等などがある。図２に示すように、ツール高さとは、ボンディングアーム２の先端に装着されているボンディングツール２ａの原点位置（図２の０）からボンディング点である半導体チップ２０上のパッドの表面までの距離（図２のＬａ）をいう。ボンディングツール２ａの原点位置は、ボンディングアーム２の原点位置に対応して決まる。

このツール高さは、前述したボンディングアーム２の原点位置からボンディングアーム２を低速で降下させボンディングツール２ａの先端がボンディング表面、すなわち半導体チップ２０のパッドに当接するまでの距離である。この距離を位置検出センサ１０により計測し、ツール高さのデータとして設定する。

サーチ高さｄとは、半導体チップ２０面までボンディングツール２ａを低速（一定速）でコントロールしたい領域をいう。サーチ高さｄの値は、ボンディングを行う半導体チップ２０上のパッドの高さの変化を十分吸収できる値とするようにする。これは経験則上の最適な値を操作パネル１６の数値入力キーによって入力すればよい。また、ボンディング装置１内の制御回路１２のメモリに前もって初期値を記憶しておき、これを使用することも可能である。また、図２に示すように、サーチレベルＳとは、ボンディングアーム２の下降速度が高速から低速に変わる時のボンディングツール２ａの高さであり、ボンディングツール２ａの原点位置（図２のＯ）からの距離（図２のＬｂ）に相当する。サーチレベルＳは、ツール高さＬａ−ｄから求めることができる。

図３（ａ）は、ボンディング時のボンディングアーム２の下降時の速度波形を示し、図３（ｂ）はボンディングツール２ａの軌跡を夫々示す。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、ボンディングアーム２は高速で降下し、サーチレベルＳの手前より減速しサーチレベルＳよりサーチスピード（図３（ａ）のＶｓ）で降下してボンディングツール２ａの先端がパッド直上に位置するリード２２ａを介してパッドに当接する。

また、サーチスピードＶｓとは、サーチレベル以下、すなわちボンディングアーム２の下降速度が高速から低速に変わる時のボンディングツール２ａの高さ以下でのボンディングツール２ａの下降速度をいう。このサーチスピードＶｓにより、ボンディングツール２ａのリード２２ａを介してパッドへの当接時の衝撃によるパッドへのダメージ、ボンディングツール２ａの当接時のバウンドを小さくすることができる。

従って、従来は、ヒータプレート８の平面が傾いていた場合には、半導体チップ２０も傾いてヒータプレート８上に位置するため、パッドの位置によりサーチレベルからパッドまでの距離が変化するため、サーチレベルＳは、半導体チップ２０のパッドの位置における高さのばらつき等を十分考慮して設定する必要があった。

そこで、本発明は、前もってヒータプレートの平面の傾きを算出して、ボンディング時に、算出したヒータプレートの平面の傾きのデータでツール高さを補正してサーチレベルが半導体チップのパッド表面から一定の距離となるようにボンディングツールを制御するようにして、ヒータプレートの傾きに影響を受けないようにしたものである。

次に、ボンディングヘッド３及びＸＹテーブル４を用いてヒータプレート８の平面の傾きの測定及び測定結果からのヒータプレート８の傾き（角度）の算出方法について図４及び図５を用いて説明する。なお、ヒータプレート８の半導体チップ２０を搭載する面は、平面であるものとする。図４は、ヒータプレートの平面の傾きの測定及び測定結果からのヒータプレート８の傾きの算出する手順を示すフローチャートであり、図５は、ヒータプレート８の計測点となる３点のＸ、Ｙ、Ｚ座標上の位置座標を示す図である。

最初に、ヒータプレート８上に半導体チップ２０を搭載しない状態で、ヒータプレート８表面の測定する個所を決定する。測定個所は、ヒータプレート８表面の中心から離れた３個所とする。なお、測定精度を確保するためにヒータプレート８上の四隅のいずれかを指定するのが望ましいが、これ以外の場所でもよい。３個所の測定点は一直線上にならない位置にすることが望ましい。例えば、ヒータプレート８の表面形状が４角形の場合には、４角形のかど付近の３個所を測定点とする。カメラ５からの映像信号をモニタ１７を見ながらＸ方向及びＹ方向に二次元的に移動して位置決めするＸＹテーブル４をマニピュレータ１５を操作して図５に示すヒータプレート８（図４に示すフローチャートではヒータプレートをＨＰと記す。）表面の第１の点Ａに目合わせを行う。目合わせした第１の点ＡのＸＹテーブル４の位置をＡ′（Ｘａ，Ｙａ）とする。次に、操作パネル１６のスイッチを押し、ＸＹテーブル４をオフセットデータ（カメラ５の光学レンズ５ａとボンディングツール２ａとのずれ量）分移動させて、ＸＹテーブル４の移動が行われる面に対して直交する方向に上下するボンディングアーム２を原点Ｏから下降させて、ボンディングアーム２の先端部に位置するボンディングツール２ａの先端がヒータプレート８表面に接触したときのボンディングアーム２の移動量からヒータプレート８の高さを測定する（ステップＳ１）。Ａ′（Ｘａ，Ｙａ）の位置でのボンディングアーム２の原点からの移動量をＺａとすると、ヒータプレート８の第１の点Ａの高さデータをＺａとして、ＸＹテーブル４の位置データ（Ｘａ，Ｙａ）及び高さデータＺａを制御装置１２のメモリに記憶する（ステップＳ２）。

次に、カメラ５からの映像信号をモニタ１７を見ながらＸ方向及びＹ方向に二次元的に移動して位置決めするＸＹテーブル４をマニピュレータ１５を操作して図５に示すヒータプレート８表面の第２の点Ｂに目合わせを行う。目合わせした第２の点ＢのＸＹテーブル４の位置をＢ′（Ｘｂ，Ｙｂ）とする。次に、操作パネル１６のスイッチを押し、ＸＹテーブル４をオフセットデータ分移動させて、ＸＹテーブル４の移動が行われる面に対して直交する方向に上下するボンディングアーム２を原点Ｏから下降させて、ボンディングアーム２の先端部に位置するボンディングツール２ａの先端がヒータプレート８表面に接触したときのボンディングアーム２の移動量からヒータプレート８の高さを測定する（ステップＳ３）。Ｂ′（Ｘｂ，Ｙｂ）の位置でのボンディングアーム２の原点からの移動量をＺｂとすると、ヒータプレート８の第２の点Ｂの高さデータをＺｂとして、ＸＹテーブル４の位置データ（Ｘｂ，Ｙｂ）及び高さデータＺｂを制御装置１２のメモリに記憶する（ステップＳ４）。

次に、カメラ５からの映像信号をモニタ１７を見ながらＸ方向及びＹ方向に二次元的に移動して位置決めするＸＹテーブル４をマニピュレータ１５を操作して図５に示すヒータプレート８表面の第３の点Ｃに目合わせを行う。目合わせした第３の点ＣのＸＹテーブル４の位置をＣ′（Ｘｃ，Ｙｃ）とする。次に、操作パネル１６のスイッチを押し、ＸＹテーブル４をオフセットデータ分移動させて、ＸＹテーブル４の移動が行われる面に対して直交する方向に上下するボンディングアーム２を原点Ｏから下降させて、ボンディングアーム２の先端部に位置するボンディングツール２ａの先端がヒータプレート８表面に接触したときのボンディングアーム２の移動量からヒータプレート８の高さを測定する（ステップＳ５）。Ｃ′（Ｘｃ，Ｙｃ）の位置でのボンディングアーム２の移動量をＺｃとすると、ヒータプレート８の第３の点Ｃの高さデータをＺｃとして、ＸＹテーブル４の位置データ（Ｘｃ，Ｙｃ）及び高さデータＺｃを制御装置１２のメモリに記憶する（ステップＳ６）。

次に、ＸＹ方向の３点、Ａ′（Ｘａ，Ｙａ）、Ｂ′（Ｘｂ，Ｙｂ）、Ｃ′（Ｘｃ，Ｙｃ）における高さデータＺａ、Ｚｂ、ＺｃからＸＹテーブル４の成すＸＹ軸平面に対するヒータプレート８の平面の傾きを算出する（ステップＳ７）。

図５に示すように、Ａ、Ｂ、Ｃの３点のＸ、Ｙ、Ｚ座標上での位置座標はそれぞれ（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）、（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）、（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）で示される。

ヒータプレート８の表面は平面と見なすことができ、３点（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）、（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）、（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）を含む平面から、ＸＹ軸平面との角度（傾き）を算出する。

算出されたヒータプレート８の傾きをオフセットデータとして制御装置１２のメモリに記憶する（ステップＳ８）。なお、ステップＳ８で算出されたヒータプレート８の傾きのデータが前もって設定した許容角度（規定値）以上の時には、警報を発するようにしてもよい。これは、ヒータプレート８の傾きが大きい場合には、ボンディングツール２ａの先端部とボンディング面との接触が均一とならずに、片当たり状態となり、ボンディングが不安定になることを防止するためである。

次に、ヒータプレート８上に半導体チップ２０搭載して、ボンディングツール２ａの先端部と半導体チップ２０のパッドとの距離を測定する。ヒータプレート８上に半導体チップ２０を搭載して半導体チップ２０上の例えばパッドに目合わせして、ボンディングアーム２の先端部に位置するボンディングツール２ａの先端が半導体チップ２０のパッド表面に接触したときのボンディングアーム２の原点からの移動量から半導体チップ２０表面までの高さＺｐを測定する。このときの目合わせしたＸＹテーブル４の測定位置の位置データを（Ｘｐ，Ｙｐ）とすると、位置データ（Ｘｐ，Ｙｐ）と測定位置における半導体チップ２０表面までの高さＺｐを制御装置１２のメモリに記憶する（ステップＳ９）。半導体チップ２０のボンディングパラメータとしてのツール高さをステップＳ９で求めたＺｐとする。なお、リードとボンディングする半導体チップ２０のパッドのＸＹ軸上の位置を示す位置データである座標データは前もって登録するようにしておく。

また、ツール高さは、半導体チップのパッド表面までの距離を用いているが、テープキャリヤ２２のリード２２ａが形成されているリードの厚さを測定して、キーボード等の入力装置でリードの厚さを制御装置１２に入力し、Ｚｐからリードの厚さを差し引いた値をツール高さとして用いてもよい。サーチレベルは、ボンディングアーム２の下降速度が高速から低速に変わり、低速スピードが一定になるまでに必要な移動量をツール高さから差し引いた値を設定するようにする。

なお、ボンディングエリア内に複数のヒータプレート８を有する場合には、各ヒータプレート８毎に図４に示すステップＳ１からステップＳ９までの測定、演算を行い、ヒータプレート８毎にヒータプレートの傾き、測定位置の位置データ（Ｘｐ，Ｙｐ）でのパッドまでの距離Ｚｐを記憶するようにする。

次に、図４のステップＳ９で設定したツール高さＺｐを用いて半導体チップ２０のパッドとテープに形成されているリード２２ａとのボンディングを行うシングルポイントボンディングについて説明する。

最初に、制御装置１２は、ボンディングする最初のパッドの座標データ及びツール高さＺｐをメモリから読み出す。次に、図４に示すステップＳ８でメモリに記憶されているヒータプレート８の傾きに関するオフセットデータを読み出す。パッドの座標データと測定位置の位置データ（Ｘｐ，Ｙｐ）及びヒータプレート８の傾きに関するオフセットデータからパッドの位置でのＺ軸方向の変位量を算出する。算出された変位量をツール高さＺｐに加算した値を新たなツール高さとする。また、ツール高さの値が変わったときには、サーチレベルから半導体チップのパッド表面までの距離が一定のとなるようにサーチレベルも再設定する。

ボンディングは、最初に、ＸＹテーブル４をボンディングツール２ａが半導体チップ２０のパッドの直上に位置するように移動し、ボンディングツール２ａはサーチレベルのデータに基づいて、サーチレベルの位置まで高速で下降する。サーチレベル到達後に低速で下降し、リードとパッドが接触後、ボンディングツール２ａの下降を停止し、超音波振動、荷重を印加してリードとパッドの接合を行う。ボンディングツール２ａは、超音波振動、荷重を一定時間印加した後、上昇し、またＸＹテーブルを移動させて次のパッドの位置直上に移動する
そして、次にボンディングするパッドの座標データ及びツール高さＺｐのデータをメモリから読み出す。次に、図４に示すステップＳ８でメモリに記憶されているヒータプレート８の傾きに関するオフセットデータを読み出す。パッドの座標データと測定位置の位置データ（Ｘｐ，Ｙｐ）及びヒータプレート８の傾きに関するオフセットデータからパッドの位置でのＺ軸方向の変位量を算出する。算出された変位量をツール高さＺｐから差し引いた値を新たなツール高さとする。また、ツール高さの値が変わったときには、サーチレベルから半導体チップのパッド表面までの距離が一定のとなるようにサーチレベルを再設定してボンディングを行う。以下同様に、残りのパッドについても上記と同様の処理を行ってボンディングを行う。

以上述べたように、ヒータプレートの平面の傾きを算出して、ボンディング時に半導体チップのボンディング位置におけるツール高さのデータを補正することにより、サーチレベルが半導体チップのパッド表面から一定の距離となるようにボンディングツールを制御することが可能となる。

また、本発明によればヒータプレートの平面の傾きを算出して半導体チップのボンディング位置におけるツール高さのデータを補正してボンディングツールを制御することにより、高速移動領域からサーチ動作領域のボンディングツールの軌跡及び動作スピードを均一にコントロールすることができ、パッドへのダメージが軽減され、均一なボンディングが可能となる。

また、ヒータプレートの平面が傾いている場合でもボンディングツールのサーチレベルからの移動距離を最小にするようにサーチレベルを設定することができるため、ボンディングスピードが速くなり、ボンディング工程でのスループットの向上が可能となる。

以上述べたシングルポイントボンディングは、テープキャリヤに形成されているリードが個別に形成されており、各リートを半導体チップの対応するパッド上に位置するようにしてボンディングを行うものである。次に、本発明をボンディング時にテープキャリヤ上に一体に形成されたリードをボンディングツールで個別に切断しながらリードとパッドをボンディングするシングルポイントボンディングに適用した実施例について図６及び図７を用いて説明する。

図６は、ボンディング時にテープキャリヤ上に一体に形成されたリードをボンディングツールで個別に切断しながらリードとパッドをボンディング動作を示した図である。図７（ａ）は、ヒータプレート８が傾いて従来のように傾きの補正を行わない場合のボンディング状態を、図７（ｂ）は、ヒータプレート８の平面の傾きを算出して半導体チップのボンディング位置におけるツール高さのデータを補正した場合のボンディング状態を示す図である。

図６（ａ）に示すように、ボンディングツール２ａは、サーチレベルまで高速で降下し、降下中にテープキャリヤ２２のリード２２ａに接触する。テープキャリヤ２２のリード２２ａは、ボンディングツール２ａにより下方に力が加わり、図６（ｂ）に示すように、ボンディングツール２ａを中心としてポリミド等からなる樹脂までの距離が短い側のリードが切断される。次に、ボンディングツール２ａはサーチレベルに到達後、パッドの直上に位置するように移動し、図６（ｃ）に示すように、パッドとリードが接触後に超音波、荷重を印加してボンディングを行う。

しかしながら、ヒータプレート８が傾いて従来のように傾きの補正を行わない場合には、図７（ａ）に示すように、ボンディングツール２ａがリード２２ａを切断する前にサーチレベルに到達してしまい、リード２２ａ切断ができないことがある。このため、ボンディング不良が発生してしまう恐れがある。

これに対して、本発明は、ヒータプレート８の平面の傾きを算出して半導体チップのボンディング位置におけるツール高さのデータを補正してボンディングツールを制御することにより、図７（ｂ）に示すように、破線で示すサーチレベルは半導体チップ２０のパッド表面から一定の距離に保てるため、リード切断の不良等が発生することなく安定したボンディングが可能となる。なお、図７（ｂ）に示す原点Ｏの破線下の三角形はツール高さの補正量を図で示したものである。

以上述べたように、本発明は、シングルポイントボンディング時にテープキャリヤ上に一体に形成されたリードをボンディングツールで個別に切断する工程においても、ヒータプレートの平面の傾きに影響されることなしに、安定したボンディングを行うことが可能となる。

シングルポイントボンディング装置の構成を示すブロック図である。ヒータプレート上に半導体チップを搭載した状態でのツール高さ、サーチレベルを示す図である。（ａ）は、ボンディング時のボンディングアームの下降時の速度波形を示し、（ｂ）はボンディングツールの軌跡を夫々示す図である。ヒータプレートの平面の傾きの測定及び測定結果からのヒータプレートの傾きの算出する手順を示すフローチャートである。ヒータプレートの計測点となる３点のＸ、Ｙ、Ｚ座標上の位置座標を示す図である。ボンディング時にテープキャリヤ上に一体に形成されたリードをボンディングツールで個別に切断しながらリードとパッドをボンディング動作を示した図である。（ａ）は、ヒータプレートが傾いて従来のように傾きの補正を行わない場合のボンディング状態を、（ｂ）は、ヒータプレートの平面の傾きを算出して半導体チップのボンディング位置におけるツール高さのデータを補正した場合のボンディング状態を示す図である。

符号の説明

１ボンディング装置（シングルポイントボンディング装置）
２ボンディングアーム
２ａボンディングツール
３ボンディングヘッド
４ＸＹテーブル
５カメラ
５ａ光学レンズ
８ヒータプレート（ヒートプレート）
９ヒータ部
１０位置検出センサ
１１駆動装置
１２制御装置
１５マニピュレータ
１６操作パネル
１７モニタ
２０半導体チップ（ＩＣチップ）
２２テープキャリヤ
２２ａリード
２２ｂ樹脂

Claims

ボンディングデバイスを加熱するヒータプレート上にボンディングデバイスとしての半導体チップを直接搭載して、テープキャリヤのリードと前記半導体チップ上の電極とをボンディングするボンディング方法において、
ボンディングツールを下降させてボンディングツールの原点における先端部と前記ヒータプレート表面との距離を測定し、測定した距離から前記ヒータプレートの平面の傾きを求める第１の工程と、
前記ヒータプレート上に半導体チップを搭載した状態で、測定位置でのボンディングツールの先端部と半導体チップ上の電極との距離を測定する第２の工程とを有し、
前記第１の工程で求めたヒータプレートの傾きと前記第２の工程で求めたボンディングツールの先端部と半導体チップ上の電極との距離及び測定位置から、半導体チップの各電極の位置に応じて前記半導体チップの各電極と前記ボンディングツールの原点までの高さであるツール高さを算出し、算出したツール高さのデータに基づいてボンディング時に前記ボンディングツールの下降速度を高速から低速に切り換えるサーチレベルを、サーチレベルから半導体チップのパッド表面までの距離が一定となるように設定して、前記ボンディングツールを制御するようにしたことを特徴とするボンディング方法。
ボンディング時に前記テープキャリヤ上に一体に形成されたリードを前記ボンディングツールで個別に切断する工程を有することを特徴とする請求項１記載のボンディング方法。
前記ボンディング方法は、シングルポイント方式のボンディングであることを特徴とする請求項１記載のボンディング方法。
前記第１の工程で求めたヒータプレートの平面の傾きが規定値を超えている場合には、警報を発することを特徴とする請求項１記載のボンディング方法。
ボンディングデバイスを加熱するヒータプレート上にボンディングデバイスとしての半導体チップを直接搭載して、テープキャリヤのリードと前記半導体チップ上の電極とをボンディングするボンディング装置において、
前記ボンディング装置は、当該ボンディング装置全体の制御を行う制御装置を備え、
当該制御装置は、ボンディングツールを下降させてボンディングツールの原点における先端部と前記ヒータプレート表面との距離を測定し、測定した距離から前記ヒータプレートの平面の傾きを求め、
前記ヒータプレート上に半導体チップを搭載した状態で、測定位置でのボンディングツールの先端部と半導体チップ上の電極との距離を測定し、
前記ヒータプレートの平面の前記傾きと前記ボンディングツールの先端部と半導体チップ上の電極との前記距離及び測定位置から、半導体チップの各電極の位置に応じて前記半導体チップの各電極と前記ボンディングツールの原点までの高さであるツール高さを算出し、
算出したツール高さのデータに基づいてボンディング時に前記ボンディングツールの下降速度を高速から低速に切り換えるサーチレベルを、サーチレベルから半導体チップのパッド表面までの距離が一定となるように設定して、前記ボンディングツールを制御するようにしたことを特徴とするボンディング装置。