JPH0262059A - 半導体装置の製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ツールを押し付けることにより圧着接続、又
は接着を行う半導体装置の製造装置に係り、特に高品質
な接続に好適な均一加圧機構に関する。

Ｃ従来の技術〕 半導体のＩＣチップに外部電極への引出線であるリード
を接続する技術のひとつで、ワイヤボンディングにかわ
るものとして期待される技術にＴａＦ５などによる一括
ボンディング技術がある。

−括ボンディングにおいては、ＩＣチップ上に形成した
多数のバンプと、対応するリードとが１回の加圧動作に
てすべて接続されるため、ツールがバンプを一様均等に
加圧することがボンディングの品質の面から重要である
。

従来の装置は、特開昭５７−３７８４２号公報に記載の
ように、バンプを形成したＩＣチップ面と、加圧接続用
ボンディングツール（以後単にツールと略称する）面と
の平行を確保するために。

ＩＣチップを搭載したボンディングステージに球面摺動
部からなるならい機構を設けていた。

第２図は従来の装置の構造を示している。ベース２に球
面摺動部可能な状態に球面摺動部４を保持している。球
面摺動部４にボンディングステージが固定されており、
ＩＣチップ１０がバンプ２１の高さの不均一のためにツ
ール１３から偏荷重を受けると、これにならう方向に球
面摺動部が摺動して、第２図（ｂ）の状態となることに
よって、ＩＣチップ全面に対して均等な加圧力がかかる
ようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、球面摺動部が第２図のＺ軸まわりにも
自由に回転しうる点、及び、ツールの加圧方向のＺ軸か
らのずれとツールが最初に接触するボンディングステー
ジ上の位置とによってはボンディングステージはツール
からＺ軸まわりの力を受ける場合がある点１以上２点に
ついて配慮がなされておらず、ボンディングステージが
２軸まわりに回転して、リードに対してアライメントさ
れていたバンプを横ずれさせて接合不良をひきおこす場
合がおこるという課題があった。

また、上記従来技術では、球面摺動部の回転角度によっ
て摺動面積など摺動部の接触状態が異なりまさつ力が一
定しない点について配ノ＆がなされておらず、ボンディ
ングごとのならうべき角度に対して上記まさつ力が不確
定な外乱となり、ならい動作の再現性、信頼性が十分で
ないという課題があった。

また、上記従来技術におけるならい動作は、ツールから
受ける偏荷重に応じて受動的に行なわれるため、ツール
の加圧力、接触開始時のツールの速度、偏荷重の大きさ
などの影響及び摺動部分のまさつ力など不確定要素の影
響がそのままならい動作の時間的挙動を支配する点につ
いて十分な配ノＲがなく、再現性のある高品質なボンデ
ィングが達成されない課題があった。

また、上記従来技術ではボンディング後に球面摺動部に
ならい角度が残り、上記したならい動作が受動的である
ことと相まってならい動作の再現性を阻害する点に配慮
がなく、高品質なボンディングが達成されない課題があ
った。

また、上記従来技術では、ツールが及ぼす偏荷重が加え
られて後にならい動作が行なわれるので、本質的に偏荷
重がＩＣチップにかかってしまう点について配慮がなさ
れておらず、加圧初期の小数バンプへの過大荷重印加を
完全に防ぐことができないという課題があった。

本発明の目的の第一は、横ずれのないインナリードの均
−加圧機端を有する製造装置を提供することにある。

さらに本発明の目的の第二は、ＩＣチップ面とツール面
との間の修正すムき角度偏差の大きさにかかわらず再現
性あるならい動作を達成する製造装置を提供することに
ある。

また、目的の第三は、ツールかり−ｊ〜及びバンプに接
触し始めてから、均一加圧状態になるまでの期間の挙動
に関しても再現性を向上したインナリードボンディング
の均一加圧機構を実現する製造装置を提供するにある。

さらに目的の第四は、ツールがリード及びバンプに接触
する以前にＩＣチップ面とツール面との間をなられせて
、加圧初期の不均一加圧及び過大荷重印加を防ぐ製造装
置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的の第一は、バンプ面をツール押付は面になられ
せるための相対姿勢修正方向には容易に変位し、かつ、
ツールが加圧する方向を軸中心とした回転に対しては変
位が発生しない機構を設けることにより達成される。例
えば、球面摺動部からなるならい機構とは別に、上記な
らい機構と接触状態にて保持される中心部分と、ベース
に固定された外周部と、両者の間に形成した変形可能な
切り欠き部との少くとも３つの部分からなるボンディン
グステージを備えることによって達成できる。或いは、
中心軸が一点にて直角に交わるように配慮された２つの
円筒面摺動部を組合わせることによって達成できる。

また、目的の第二は、上記ならい機構とは別に、制御装
置からの操作により動作する第２のならい機構を設け、
上記第１のならい機構は偏荷重検出に用いて、検出され
る偏荷重が常にゼロもしくは所定の望ましい値となるよ
うに第２のならい機構を動作させることで達成できる。

また、目的の第三は、ツールとＩＣチップとの間の加圧
方向の相対的変位量を、指令値に応じて保持・変化させ
る機能と、ツールとＩＣチップとの間に作用する加圧力
を検出する手段とを備え、相対姿勢修正動作の動作時間
に比べて十分低い速度でツールとＩＣチップとを接触さ
せることで達成できる。

また、目的の第四は、加圧前にバンプ高さを検出する機
能を備え、検出結果から求まるバンプ面に対してツール
押付は面がならうように、制御装置を介して相対姿勢修
正機構を動作させ、その後にツールとＩＣチップとを接
触、加圧させることにより達成できる。

〔作用〕

球面摺動部と別に外周が固定されたボンディングステー
ジを設けることで、第２図２軸まわりの＠転が発生しな
い、ならい機構になる。又、中心部分は、切欠き部がＩ
Ｃチップ中心を中心として点対称にならうため、球面摺
動部と一体になって偏荷重に対してならうこと・ができ
る。この動作はそのままならい機構とすることもできる
。この動作はそのままならい機構とすることもできるほ
か。

変形を生じる切欠き部に歪ゲージを貼ることにより偏荷
重の検出に用いることも可能である。

また、組合わされた２つの円筒面摺動部はそれぞれ独立
にＸ軸まわり、及びＹ軸まわりに回転して、相対姿勢が
修正される。その際に、Ｚ軸まわりに回転する自由度は
なく、これによる横ずれは起こらない。

また１、第２のならい機構はツールからの偏荷重とは独
立に制御装置側からの操作により動作させる。あらかじ
め操作と動作の関係をマイクロゲージ等にて明らかにし
ておくことにより、上記歪ゲージによる偏荷重検出値に
応じてこの偏荷重をゼロにするための操作を制御装置に
行なわせうる。

偏荷重ゼロということは、ツールからの加圧力を受けて
いるボンディングステージの形状が左右及び前後対称で
あるので、ボンディングごとの姿勢関係は必らず一定で
あり、再現性が高く保たれる。

以上により、ボンディングにおける加圧状態の再現性及
び各バンプに対する均一加圧性が高くなり、高品質なバ
ンプ・リード接合が得られる。

また、加圧力を検出する手段はツールがＩＣチップに及
ぼす加圧力の反力をツール上において一定時間間隔にて
制御装置内に取込んでいる。相対的変位量と保持・変化
させる機能は、ツールとＩＣチップとの間の相対的変位
速度を検出・帰還演算することにより十分低速でツール
とＩＣチップとを接触させる。相対姿勢修正動作に比べ
て十分低速度にて上記相対変位量を変化させることによ
りならい動作はすべての位置において達成できるので、
接触から加圧に至る間の挙動の再現性は著しく向上でき
る。

また、制御装置からの操作により相対姿勢修正をする場
合、ツールとＩＣチップとの接触状態に影響されない姿
勢保持がなされる。このため、接触前に設定したならい
姿勢で接触及び加圧の一連の動作ができ、加圧初期の不
均一加圧及び過大荷重印加を防ぐことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は本発明による相対的姿勢変位発生機構を用いた
、Ｔ　Ａ、　Ｂインナリードボンディング装置のボンデ
ィングステージの説明図で、（ａ）が断面図を含む正面
図、（ｂ）が側面図である。

ここで、１は検出ステージ、２はベース、３は球面摺動
部サポート、４は球面摺動部、５はＹ軸まわり姿勢修正
！横、７はＸ軸まわり姿勢修正機構、６．８は圧電アク
チュエータ、９は歪ゲージ、１０はＩＣチップ、１１は
テープで１２はその上に形成されたリード、１３はツー
ル、１４．１６．１７．１８．１９は止めネジ、１５．
２０は調整ネジである。

検出ステージ１はベース２に外周部が固定され、中心部
分は球面摺動部４と接している。球面摺動部サポート３
はベース２に固定されている。球面摺へ戸４はＸ軸まわ
りおよびＹ軸まわりにそれぞれ独立に回転可能で、球面
摺動部サポート３とは摺動しつるように接している。検
出ステージ１には図中のＡに示す切欠き部が形成され、
その上面に歪ゲージ９が円周上に複数個貼りつけられて
いる。Ｙ軸まわり姿勢修正機構５、Ｘ軸まわり姿勢修正
機構７、およびベース２は図に示すように止めネジ１４
．１６．１７．１８．１９により互いに固定されている
。これら姿勢修正機構は図中のＢ及びＣに示す切欠き部
において弾性変形しつる形状に構成されでいる。圧電ア
クチュエータ６．８は電気的操作によりその長さを変化
させることが出来、その結果上記切欠き部に弾性変形を
発生する。調整ネジ１５．２ｏ、は上記圧電アクチュエ
ータの初期位置を強制的に設定するもので、これにより
各切欠き部の弾性変形量の初期値が定まる。

次に第３図により本ボンディングステージ姿勢修正機構
の動作について説明する。第３図は第１図（ａ）に対応
するＹ軸まわり姿勢修正機構についてその動作例を示し
ている。同図（、）は検出ステージが偏荷重を受けて変
形した状態を示しており、左右一対の歪ゲージ９のうち
左側の９８は伸び、右側の９ｂは縮んでいる。このため
これら歪ゲージの信号の差を検出、処理することにより
、偏荷重の大きさを任意の時点にて求めることができる
。このように球面摺動部の上面に接触する検出ステージ
を加えたことにより、ＩＣチップの回転がなく、バンプ
２１とリード１２とが互いに位置ずれすることのない機
構が実現できる。

次に同図（ｂ）は姿勢修正機構５に弾性変形を与えた状
態を示している。圧電アクチュエータ６の長さが伸びて
、その左端が点線から実線の位置に矢印の向きに変化す
ると、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈの各弾性変形中心を中心とした矢
印の向きの変形が切欠き部に生じ、姿勢修正機構全体は
Ｄ点を中心として図に示すように動く。逆に圧電アクチ
ュエータ６の長さが縮むと、上で説明したのと逆の向き
の変形が生じ、Ｄ点を中心として逆向きに、姿勢修正機
構全体を回転させることができる。但し、圧電アクチュ
エータは電気的操作がない時にその長さが最も短くなる
ため、あらかじめ圧電アクチュエータの変位ストローク
の中間付近にて基準姿勢をとるようにステージ全体を設
置する必要がある。

このように弾性変形のみで姿勢変化を発生するため、摩
擦などの誤差のないＭ密な姿勢修正が可能となる。

また、常にＩＣチップ上のバンプ面の中心（図３のＤ点
）を旋回中心として姿勢修正動作を行なうため、姿勢修
正に伴うバンプ・リードずれが最小になる効果がある。

以上述べた原理に従って、検出ステージ１が受けている
偏荷重がゼロとなるように、圧電アクチュエータに電気
的操作を加えることで、各ボンディングごとに、姿勢修
正動作を行なうことができる。こうすることで偏荷重を
検出する部分である検出ステージ１及び球面摺動部４の
姿勢関係が常に一定となり、検出特性の再現性が高く保
てる。

上の例では検出ステージと姿勢修正機構との組合せ動作
につき述へたが、検出ステージと球面摺動部だけの機構
を、用いることも可能である。その場合には、第３図（
ａ）に示したならい挙動だけになるが、偏荷重を小さく
する効果がある。

第４図は以上説明したボンディングステージ姿勢修正機
構とともに用いる、ボンディングツール旺動機構の一例
である。（、）は正面図、（ｂ）は側面図を示す。ベー
ス３６とＩＣチップ１０との間に、上記ボンディングス
テージ姿勢修正機構が配されるが、重複を避けるため第
４図中には図示しない。ベース３６に対してＹ方向に摺
動可能に取付けられたツールステージ２８は、サーボモ
ータ３２により、即動され、ツールステージ２８上には
サーボモータ３０が固定され、減速機２９を介してリン
ク機構２７の入力リンク２７ａの角度を変化させうる構
成をとっている。上記リンク機構の出力リンク２７ｃは
摺動案内機構３４に沿って上下動可能に保持されており
、これと結合されたヘッドベース２４及びツール１３が
上下に動きうる構成となっている。

ヘッドベース２４には前記した姿勢修正機構５及び７と
同様の切欠き部が形成されており、ツール１３がＩＣチ
ップ１ｏを加圧することにより上記切欠き部に弾性変形
が生じ、ヘッドベース上面に保持されたロードセル２５
を止めネジ２６に押付け、その除土じる歪信号をロード
セルから検出することにより、ツール１３がＩＣチップ
１０を加圧する総加圧力が任意時点にて検出できる。こ
の検出方式により、摺動部に存在するまさつに起因する
誤差を含むことなく加圧力検出が可能である。但し、切
欠き部分の弾性力がツールの加圧力の一部分とつり合う
構造であるたるめ、あらかじめ既知の加圧力にて押付は
動作を行ない、その時のロードセルの歪信号を測定して
、較正をしておかないと、ＩＣチップに印加される実荷
重は正確には設定できない。

ツールの駆動は、サーボモータ３０及び３２に同軸にて
配置されているパルスエンコーダ３１及び３３の出力パ
ルス信号を図示しない加圧機構制御装置に入力してサー
ボモータの回転角度を得て、ツールの前後方向（Ｙ方向
）及び上下方向（Ｚ方向）の位置を得て、これをもとに
サーボモータに出力する電流目標値を演算することによ
り行なう。

又、ツールがＩＣチップと接触し得る位置からは、上記
の加圧検出も同時並行して行ない、ツールの位置と加圧
力力検出値の双方の値をもとに上記演算を行なう。

第５図は以上説明したボンディングステージ姿勢修正機
構を用いたボンディング装置の制御ブロック図の一例で
ある。図において、装置全体の管理をする主制御装置４
０は、インナリードとバンプとのアライメント終了と同
時に、加圧機構制御装置３７に対してボンディング指令
４１を発信する。加圧機構制御装置３７内部ではツール
駆動アルゴリズム３８及びならい動作制御アルゴリズム
３９が同時並行に処理されている。ツール駆動アルゴリ
ズム３８は、ツール１３がＩＣチップ１゜と接触するこ
とによって受ける反力をロードセル２５により検出し、
これを増幅器４３、Ａ／Ｄ変換ｒＩ４４を介して取りこ
んだ検出値をもとに、ツールを駆動するサーボモータ３
０を制御する。サーボモータ３０にはパルスエンコーダ
３１が取りつけられており、このパルスをカウンタ４５
が処理してツールの位置及び速度の情報を得ている。

ツールの駆動は上記反力の検出値とツールの位置・速度
検出値をもとにしてパワーアンプ４６がモータの電流４
７を所定の値に保つことにより行なう。

一方ならい動作アルゴリズム３９は、歪ゲージ９により
検出された偏荷重成分を増幅器４８、Δ／Ｄ変換器４９
を介して取りこみ、これとツール駆動アルゴリズム３８
が得ているツールにがかる反力及びツールの速度をもと
に、姿勢修正機構５．７への指令値を算出し、Ｄ／Ａ変
換器５０．５１及び増幅器５２．５３を介して圧電アク
チュエータ６．８に、それぞれＹ軸まわり及びＸ軸まわ
りの姿勢修正に要する電圧を出力している。

以上述べたツール加圧力の反力の検出、ツール位置及び
速度の検出、偏荷重成分の検出、ツール駆動モータへの
出力の演算、及び圧電アクチュエータへの出力電圧の演
算のすべては、加圧機構制御装置３７内にあるタイマに
より一定時間間隔テ起動がかけられ、動的なならい挙動
を望ましいものとするための適切な操作が行なわれる。

加圧機構制御装置３７の動作は次の４つの段階から成る
。

（１）高速にてツールをＩＣチップに接近させる。

（２）所定速度にてツールをＩＣチップに接触させる。

（３）相対姿勢修正動作を行ないながら加圧する。

（４）ツールを退避させて加圧結果を主制御装置４０に
返信４２する。

第６図にはツールの動きをＹ座標、及びＺ座標を適当に
定めて図示した。図において、ツール前後移動（ＹＪ４
１４ｍのＯ−’ｒｙに相当）は、障害物５４の制約から
、Ｚ＝ｏ近辺にて行なう必要がある。障害物は例えばテ
ープガイドである。ＡｚはＩＣチップ上方にてツールと
１ｃチツプとが間違いなく非接触である点のＺ座標で、
この値は後述のようにして設計者或いは作業者が決める
。Ｃｚ、Ｂｚは、前回のボンディング時に、接触を検出
した点及び加圧力が設定値に達した点（以後、それぞれ
接触点、加圧点と呼ぶ）の２座標である。上述のＡｚは
例えばＣｚの３００μｍ上方とする。或いはＡｚはＢｚ
の５００μｍ上方としてもよい。この両者のうちではＣ
ｚの方がＢｚの検出に比べて雑音に敏感なので、後者の
方が、安定してＡｚを定められる効果がある。但し、ど
のくらいの距離が余裕として必要かは、ＩＣチップ側の
問題であるので、装置側には、稼働中でも必要に応じて
上記余裕の距離の設定変更ができるようにしである。

以下、第６図から第９図に従って（１）〜（４）の各段
階を説明する。

まず図中（０，Ｚｏ）−＋　（０，ｏ）−＋　（Ｔｙ　
１０）→（Ｔｙ＋　Ａｚ）が（１）に相当する。ここで
は第７図に示すブロック図に従った制御演算が、一定時
間隔ごとに繰り返される。ここで５５は、第５図におけ
るパワーアンプ４６、サーボモータ３０、及びパルスエ
ンコーダ３１を統合した特性を示すブロックであり、以
後モータ系と呼ぶこととする。又、５６は時系列信号の
前後２項の差分をとる差分要素、５７はサンプルホール
ド要素。

２はＺ変換因子である。また、θ及びｏｒはＹ軸もしく
はＺ軸のモータ回転角度及びその指令値を一般的に表現
したものとする。

ここで、第６図の（０，Ｚｏ）→（０，０）及び（Ｔｙ
、Ｏ）→（Ｔｙｖ　Ａｚ）の移動においては。

第７図にてｏｒをＺ軸モータ回転角度指令θｚｒに、０
をＺ軸モータ回転角度θ２に置換えた演算により、サー
ボモータ３０に対応するモータ系への出力時系列ｍｚ（
Ｋ）　（Ｋ＝　１　、２・・・）を次の様に求めればよ
い。

ｍｚ（Ｋ）　＝　Ｋｐｚ（θｚｒ（Ｋ）　−（ｌｚ（Ｋ
））　−Ｋｖｚ（０ｚ（Ｋ）−ｏｚ（Ｋ−１））　　　
　　　　　　■ここで０ｚｒ（に）は一定値ではなく、
与えられた初期位置と目標位置との間を内分した値を時
々刻々取る。一方、第６図の（０，０）→（Ｔｙ、Ｏ）
の移動では、Ｚ軸のかわりにＹ軸に対する指令が必要で
、θｚｒ、　　θ２をそれぞれＯｙｒ、Ｏｙに置き換え
て、ｍｙ（Ｋ）＝　Ｋｐｙ　（０ｙｒ（Ｋ）　−０ｙ（
Ｋ））　−Ｋｖｙ（０ｙ（Ｋ）−Ｏｙ（Ｋ−１））　　
　　　　　　　■となる。

又、図中破線で示した■のような経路を移動することも
考えつる。こわは、（Ｔｙ−ｒ　＋　Ｏ）から（Ｔｙ、
ｒ）の間を、 （Ｔｙ−ｒｃｏｓφ、　ｒｓｉｎφ）（φ：０→π／２
）　■に従って移動するもので、この場合、０式及び０
式を同時に計算して、ｍｚ（に）、ｍｙ（に）を出力す
る。

破線■に従うことで当然、動作速度が向上する。

また、図中実線■に従う場合でも、例えば目標Ｙ座標（
ＪｙｒがＴｙに達した後、実際のＹｆｉ標θｙ（Ｋ）が
Ｔｙになるまで待っている「位置決めモード」を省略す
ることにより近似的に破線■のような経路となり時間を
短縮できる。

なお、第７図中の定数ＫＰ＋　Ｋｄは、モータ系５５の
ステップ応答を測定することにより公知の方法で定める
ことができる。

次に第６図中の（Ｔｙ＋　Ａｚ）−＊　（Ｔｙ＋　Ｃｚ
）の動作について説明する。これは第８図（ａ）のブロ
ック図の制御演算がＺ方向移動用のサーボモータ３０に
対して行なわれる。即ち、モータ系５５の出力である位
置の差分をとったディジタル速度値υ＊と制御装置内に
あらかじめ設定した速度指令値υｒとの間の偏差を積分
要素５８により離散時間積分し、これに定数Ｋｖｉを乗
じたものを仮想的に速度指令としたうえで、これとディ
ジタル速度値υ本との帰還制御をする。以上の処理は次
のようになる。

ｕ　＊（Ｋ）　＝　Ｏｚ（に）−□ｚ（Ｋ−１）ｉ　（
に）＝ｉ　（Ｋ　−１）　＋Ｋｙｉ（ｏｒ　−υｔ（Ｋ
））　　；１（ｏ）＝Ｏｆの ｍｚ（に）＝ｉ（Ｋ）−Ｋｖｖａ車（Ｋ）以上述べた動
作によりツールを超低速でＩＣチップに接近させると同
時に、ロードセルの信号を監視して、接触検出する。通
常ロードセル信号は雑音が重畳しているため、本実施例
では以下の処理により雑音の影響を取除いている。即ち
、（ｉ）瞬時変化閾値ＴｈｒＮより大きい変化があった
場合は、 （ｎ）前々検出値との変化分がＴｈｒＮより大きい場合
は前回検出値を用いて、 （＝）前々検出値との変化分がＴｈｒＮより小さい場合
は今回検出値をそのまま用いる。

この様子を第９図（ａ）に示す０図は横軸に時間、縦軸
に信号レベルをとって、各検出時点の検出信号を白丸６
０で示している。点Ｊ、Ｌ及びＮのように、前回及び前
々回の検出信号に対してＴｈｒＮ以上変化した検出点は
修正６３され、前回検出値で代替される。黒丸はこの修
正信号６２を示す。この場合に適用されているのは上述
の（１）。

１）の条件である９点にでは条件（１）は成立つが、前
々回との変化分は小さいため条件（１）と（′ｍ）とが
成立し、修正はおこなわない。この場合、点Ｊが孤立し
た雑音となる。点Ｍは点りとは変化分が小さいので上述
（ｉ）〜（ｉ）のどれも成立せず、修正されない。この
場合、急峻な信号変化（点Ｌ）を１回遅れで検出したこ
とになる。又、点Ｐは前回（点Ｎ）とも前々回とも変化
が大きく、（ｉ）、　（ｉｉ）により前回のレベルに修
正される。この場合も急１唆に変化し続ける信号を１回
遅れで検出していることになる。

この方法によれば、前回と前々回の検出値を用いるだけ
の簡単な処理で、単なる雑音と、信号の急変とを、１検
出間隔の時間遅れのみで弁別でき。

雑音と信号自身の急変との両方を含む信号の正確な検出
に効果がある。

以上に加えて接触時の検出では、２段階の接触閾値を用
いている。これは第９図の（ｂ）、（Ｃ）。

（ｄ）に示すように、信号値が接触検出第１閾値Ｔｈｒ
ｌを越えた状態（図中の接触検出準備点６４）と、接触
検出第２閾値Ｔｈｒ２を越えた状態（図中の接触検出点
６５）とを順に、しかも連続して通過しなければ接触検
出と判断しない処理である。

こうすることで（ｄ）の場合のように雑音により接触検
出閾値を容易に越える場合でも、接触誤検出に伴って発
生する非接触状態からの加圧力発生を防ぎ、衝撃加圧力
が回避できる。

以上述べた方法で接触が検出されると、処理段階（３）
の加圧動作を行なう。これは第６図では、（Ｔｙ、　Ｃ
ｚ）→（Ｔ　ｙ　ｒ　Ｂ　ｚ　）に対応する。ここでは
第８図（ｂ）にてＺ方向の制御演算が行なわれる。ここ
でＴｚはツールの接触基準点、Ｋ２はツール・ＩＣチッ
プ間の反発力特性であり、両者間の反発力Ｆは、 Ｆ　＝　Ｋ　ｖ　（Ｏｚ　−Ｔ　ｚ　）　　　　　　　
　　　　　■で表わせると近似して取扱う、この近似は
、ツール・ＩＣチップ間に衝撃接触や高速加圧がなけれ
ばほぼ成立する。第８図（ｂ）は、同図（ａ）に比べて
、制御目標値として与えるものが、ツールの欠こう速度
からツール・ＩＣチップ間の加圧力にとってかわった点
、及び帰還できる量が反発力とツール速度との２種類に
増えた手兵なるだけで処理の原理と定数設計手法は同じ
なので省略する。

但し、加圧力目標値Ｆｒは、接触時の加圧力検出値と、
ボンディング中に負荷すべき加圧力とを内分した値を用
いて順次大きくしてゆく。

上記加圧動作と並行して、相対姿勢修正機構を動作させ
る。即ち、第８図（ｄ）及び第３図（ｂ）に示すように
検出ステージ１上に貼付した歪ゲージ９ａ〜９ｄからの
歪信号を増幅器４８及びＡ／Ｄ変換器４９によりＳＧＩ
、ＳＧ２．ＳＧ３゜ＳＧ４として検出し、これを用いて
圧電アクチュエータ６．８に出力する電圧Ｅｙ、Ｅｘを
次式にて演算して出力する。

Ｅｙ＝Ｋｅｙ　（ＳＧＩ−３Ｇ２） Ｅｘ＝Ｋｅｘ　（ＳＧ４−５Ｇ３）　　　　　　　　■
又、この演算にも第８図（ａ）と同様の積分動作を用い
ることが可能である。

更に、上記の（ＳＧＩ−５Ｇ２）、及び（ＳＧ４−８Ｇ
３）により求まる偏荷重のＹ軸まわり及びＸ軸まわり各
成分の大きさをもとに、第８図（ｃ）の演算 Ｆｒ＝Ｆｒｅｆ　−Ｋｓａ　（（ＳＧＩ−５Ｇ２）”　
＋（ＳＧ４−３Ｇ３）”　）　　　　　　　　■を行な
う。即ち、真の加圧力目標値Ｆ　ｒａｆを修正してＦｒ
を求める。こうすることにより、偏荷重が大きい場合に
、ツールによる総加圧力を下げて、１バンプ当りの加圧
力が大きくなりすぎるのを妨げる。

以上述べたようにして一定時間加圧及び姿勢修正動作を
行なった後、動作（４）のツール退避に移る。これは動
作（１）のツール接近と逆動作なので同様に処理可能で
あるので省略する。

以上述べた動作、処理により、高速かつ正確なツールの
移動及び位置決め、正確かつ信頼性の高い低衝撃接触及
び接触検出、速やかな姿勢修正動作及び正確な加圧力印
加が可能であり、ボンディングの信頼性、再現性の高い
、各バンプ均一かつ低衝撃な加圧動作が達成できる効果
がある。又、設定すべき目標値を容易に変更可能であり
、ボンディングにおける最適条件の設定に自由度がある
。

このため対象ＩＣチップ、リードの種類に応じた動作が
短時間で設定でき、段取り替えの時間が短くなる効果、
ボンディングの高品質化の効果がある。

く加圧動作の代案変形例〉 接融検出直後に第８図（ｂ）の処理に移らず、そのまま
一定速度にて降下し、その開力検出値を監視し続け、検
出値が真の加圧力目標値Ｆ　ｒａｆ或いはその近辺に達
した時点にて、第８図（ｂ）の処理に移る処理方法、及
び、その際に真の速度目標値Ｖ　ｒｅｆに対して、第８
図（ｃ）同様の演算Ｖｒ＝Ｖｒｅｆ　　Ｋｓｏ’　　（
（ＳＧＩ　　　５Ｇ２）２＋（ＳＧ３−３Ｇ４）２）　
　　　　　　　■を行なう処理方法も考えう・る。

この例では、接触検出の誤判断がなくなる効果。

及び加圧力の立上りの波形の安定性が向上する効果があ
り、高品質ボンディングに有利である。

く定速下降モード式■の代案変形例〉 定速にて下降して非衝撃的接触に備える式■の動作の替
わりに、次式〇の動作をとる方法も考えうる。

ａｍ（Ｋ）＝　０ｚ（Ｋ）−０ｚ　　（Ｋ　−１）ｉ　
　（Ｋ）＝ｉ　　（Ｋ−１）　　＋Ｋｖｉ　（ｔ＋　　
ｒ−ｕｓ（に）；１（０）＝Ｏ■ ｍｚ（Ｋ）＝ｉ（Ｋ）−Ｋｖｖｕ＊（Ｋ）−Ｋｆ　　Ｆ
（に）これによれば、−Ｋｆ−Ｆ（Ｋ）の加圧カフィー
ドフォワード項により、接触して加圧力検出されると即
時的にモータ系駆動力が減じられ、接触直後の衝撃力ビ
ーク値を低く抑えることができる。

く摺動ならい機構の代案変形例〉 第１０図は２軸まわりの回転に対して変位のない、バン
プ面・ツール押付は面ならい機構の一例である。図示す
る部分は第２図（従来例）の球面摺動部４に対応する部
分のみである。Ｙ軸まわり円筒面習動部６７の中心には
、Ｘ軸まわり円筒面習動部がはめこまれるための穴が形
成されており、両者が組上がると図中のＱ点を中心にし
てそれぞれがＹ軸まわり、及びＸ軸まわりの１方向にの
み倣いうる。

この実施例ではツールの加圧力だけで倣い動作ができ、
構成が簡単で横ずれも発生しない倣い機構が実現できる
効果がある。

〈第２の相対姿勢修正機構のイ（案変形例〉第１１図（
、）は第４図のツール駆動機構のへラドベース２４から
先端の部分の変形例で、ツール側に、制御装置から操作
可能な第２の相対姿勢修正機構を構成したものである。

図において、弾性変形可能な切欠き部ｅｒｆ＋ｇｔｋ＋
を形成した倣い機端部材１０７がヘッドベース１２４及
び上ベース１０９に固定され、上ベース１０９には。

上記倣い機構と同様の部材１０８が直角を成して取付け
られており、その下端はツールと固定された下ベース１
１０に固定されている。各倣い機構は、圧電アクチュエ
ータ１０６、及び１０８に操作することで、第３図にて
説明したと同様の変位を生じることができ、ツール１３
の押付は面を姿勢変化できる。この実施例によれば倣い
動作が常にツール押付は面を中心として行なわれるので
、ＩＣチップ下面からバンプ面までの高さがたとえ一定
でなくとも正確な倣い動作が保証される。又、ボンディ
ングステージが複数個配置され、ツールはそれら複数個
所でボンディングする場合でも、倣い機構の数が少なく
てすむメリットがある。

第１１図（ｂ）は同図（ａ）と同様にツール側に第２の
相対姿勢修正機構を配置した例で、駆動部としてサーボ
モータを用いたものである。ツールステージ６８に固定
されたサーボモータ７１の駆動力により、モータ軸７２
、カップリング７３、ボールネジ７４を介してヘッドベ
ース７０が駆動され、摺動案内機構６９に沿って上下す
る。ヘッドベース７０にはサーボモータ７５により駆動
されるリンク機構７６．７７．７８が取付けられており
、サーボモータ７５の回転角度に応じて出力リンク７８
の下面がＹ軸まわりに回転して倣い動作が行なわれる。

出力リンク７８には更に、Ｘ軸まわりの倣い機構を構成
しているサーボモータ７９、リンク機構８１．８２が取
付けられており、その先にツール１３が取付けられてい
る。上記２つのリンク機端はいずわもその出力リンク７
８及び８２の回転中心がツール押付は面の中心となる形
状となっており、サーボモータ７５．７９に操作するこ
とで相対姿勢修正ができる。

この実施例ではリンク機構の回転角度を大きくとること
により大きな倣い角度が実現できる効果、及び弾性変形
によらないので部材の疲労が少なく長期間使用できるな
どの効果がある。

また、第１１図の（、）及び（ｂ）の倣い機構を１自由
度ずつ組み合わせた構成も実現でき、両者の効果を相補
した倣い機構が実現できる。

次に第１２図はステージ側に構成する第２の姿勢修正機
構の例を示す。図（ａ）は基準姿勢の断面図であり、ボ
ンディングステージ８３の下面から圧電アクチュエータ
にて、図（ｃ）に示す概観で４ケ所保持する構成を採っ
ている。ここで図（ｂ）に示すようにバンプ高さに相違
がある場合。

左側の圧電アクチュエータ８４ａは図（ａ）にてとって
いる基準変位から縮み、右側の圧電アクチュエータ８４
ｂは伸びて、図示するようにボンディングステージ全体
の姿勢を任意に変化させることで、倣い動作が実現でき
る。

この実施例では圧電アクチュエータとボンディングステ
ージとが接する面Ｓの高さと、ＩＣチップのバンプ面と
を一致させるようにボンディングステージ内側に段差を
つけるなどしなければ、常にバンプ面中心にて倣うこと
は厳密には達成できない。しかし駆動部の構成が簡単で
しかも摺動部によるまさつもなく、再現性良くならえる
効果がある。

〈初期平行度設定への応用例〉 倣い機構を持たないギヤングボンディング装置では、ボ
ンディング開始前に、ツールを動作させてその時の圧恨
をもとに、平行度調整という作業をする必要がある。こ
れは倣い機構を備えた装置で行なっても有効である。通
常はアルミ等の薄板に熱収縮性を持ったポリイミドテー
プを貼ったものをボンディング対象物として使い、その
ときできる圧恨をＴＶカメラ等により撮像して、倣うべ
き方向を知ったのち、ツール先端の姿勢を微調整するネ
ジを人手により回転させて調整作業を行なう。

本実施例はこれを半自動にて行ないうるようにするもの
である第１３図（ａ）、（ｂ）は、撮像画像の例を示す
。ツール圧恨８７は周囲に比べて反射率が上がっており
明るく撮像される。これをウィンドウ８６内にて明るさ
について荷重平均処理すると、ツール圧恨８７の重心８
９が求まる。

これをウィンドウ内座標にて（ｘｇｐ　ｙｇ）とし、ツ
ールが加圧すべき領域８８の中心９０　（ｘｃ。

ｙｃ）との偏差を求める。これを用いて、第８図におい
て説明した式■同様、 Ｅｙ”Ｋｅｙ’　　（ｙ　ｇ−ｙ　ｃ）Ｅｘ＝Ｋｅｘ’
　　（ｙ　ｇ　　　ｙ　ｃ）　　　　　　　　　　　　
＠１の計算により第２の相対姿勢修正機構の駆動部に操
作を与える。その後、薄板の位置を変えて、２回目の加
圧動作を行ない、結果を１回目同様に処理する。これを
何回か繰り返すことで、ツール押付は面とバンプ面との
平行度調整が可能である。

上記の一連の処理において作業者は薄板の位置を変える
作業を行なうだけで、半自動的に調整ができる。

一方、作業者がある程度平行度調整に熟練していれば、
■式の計算を装置がする替わりに、作業者がＥｙ及びＥ
ｘを決め、キーボードなどを介して装置に入力すること
で、より効率の良い調整も可能である。

以上述べたように、制御装置からの操作により動作させ
ることのできる相対姿勢修正機構を応用することで段取
時などに必要となる平行度調整が短時間で行なえる効果
がある。

また、ボンディング動作を行なった際に結果と１、て発
生する倣い角を、次回のボンディングにおける姿勢の初
期値としてツール・ＩＣチップ接触まで保持することも
、相対姿勢修正機構が制御装置から操作可能であれば実
現できる。これはツール押付は面とバンプ面とがすべて
のＩＣチップにおいて一定の傾向にて傾いている場合に
は自動的に、倣うべき姿勢角度に収束し、接触開始と同
時に均一加圧が達成できる効果がある。又、接触前に対
象ＩＣチップのバンプ高さを検出し、これにより倣わせ
た後に接触・加圧動作の実行に移ることもでき、上記例
と同様、接触開始から常に均一加圧できるという効果が
生じる。

以上述べたとおり、加圧動作の面内均一化が。

接触、加圧、ツール上昇のすべての期間にわたり再現性
よく実現できるので、高品質なボンディングが達成され
る効果がある上、製造品のＩＣチップの不良率低減、寿
命に著しい効果がある。

なお１以上の実施例では、ＴＡＢインナリードボンディ
ング装置に限定して記述してきたが、本発明は、ツール
により圧着、又は接着を行う技術に適用可能であり、ダ
イボンダ、ペレットボンダ、転写バンプ使用インナリー
ドボンディングにおけるバンプ転写技術、及びＩＣチッ
プへのインナリードボンディング、ツール加熱はんだリ
フロー技術におけるツール加゛圧動作、および、−膜内
に面内加圧による圧着、接合、接着技術にも応用でき、
高品質な接合が達成できる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ボンディングステージにＩＣチップを
回転させる向きの自由度を残さずに、偏荷重に対して変
位するならい機構が実現できるので、横ずれのないイン
ナリードの均一加圧ができる。

また、偏荷重を検出する部分の物理的状態が常に一定と
なるという条件を満たすようにならい機構を動作させる
ことができるので、修正すべき姿勢角度偏差の大きさに
かかわらずならい動作の再現性が確保できる。また、ツ
ールとＩＣチップとの間の相対的変位を動的に制御する
ことにより、両者の接触、加圧状態を姿勢修正動作の状
況に応じて変化させることが可能なため、ツールがり一
ド及びバンプに接触し始めてから均一加圧状態になるま
での期間の挙動に関しても再現性あるインナリードボン
ディングが実現できる効果がある。

また、制御装置からの指令のみで接触前にバンプ面とツ
ール押付面との姿勢修正ができる構成のため、バンプ面
の向きを検出する機能と併せることにより加圧初期にお
ける不均一加圧及び過大荷重印加を容易に防ぐことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（８）及び（ｂ）は本発明による加圧機構の正面
図、断面図及び側面図、第２図（ａ）。 （ｂ）及び（ｃ）は従来の装置の構造及び動作を示す図
、第３図（ａ）及び（ｂ）は本発明による加圧機構の動
作原理図、第４図（ａ）及び（ｂ）は本発明のツール暉
動部の構造図、第５図は本発明を用いた加圧制御部のブ
ロック図、第６図はツールの動作例を示す図、第７図及
び第８図（ａ）〜（ｄ）は加圧制御部による演算処理の
ブロック線図、第９図（、）〜（ｄ）は本発明における
歪信号の検出方法の説明図、第１０図、第１１図（ａ）
、（ｂ）、第１２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明に
よるならい機構の代案変形例の図、第１３図（ａ）及び
（ｂ）は本発明によるならい機構を用いたツール平行度
自動調整法の説明図である。 １・・・検出ステージ、４・・・球面摺動部、５，７・
・・姿勢修正機構、６，８・・・圧電アクチュエータ、
９・・・歪ゲージ、１３・・・ツール、２２・・・ツー
ル押付は面、２３・・・バンプ面、２４・・・ヘッドベ
ース、２５・・・ロードセル、３０．３２・・・サーボ
モータ、３１．３３・・・パルスエンコーダ、３８・・
・ツール駆動アルゴリズム、３９・・・ならい動作アル
ゴリズム。 ４３・・・増幅器、４４・・・Ａ／Ｄ変換器、５５・・
・モータ系、５６・・・差分要素、５７・・・サンプル
ホールド要素、５８・・・積分要素、５９・・・自乗演
算要素、６１・・・力信号波形、６６．６７・・・円筒
面摺動部、７１．７５，７９・・・サーボモータ、８０
・・・パルスエンコーダ、１０５，１０７・・・ならい
機構部材、８４．１０６，１０８・・・圧電アクチュエ
ータ。 １２４・・・ヘッドベース、８５・・・視野、８６・・
・ウィンドウ、８７・・・ツール圧痕像、８８・・・ツ
ール加圧領域。 発３圓 （α） ｌ−・検出スフ−Ｖ ４・−亙電アフプ、ニーｆ ２１・−へ′ンプ 晃２０ （仄） （Ｃ） ２２−ツー１し押イ１り面 ２ｊ−ノＶンブ迂ｂ 夷６０ づ８−・−ツーＩｖＮ＃Ｊｐルク゛９ス゛ムｊσ サーボ゛ｔ−７ ４４４２−％変授器 」−ｍ−ロート−１し 晃８囚 （”ｅン ば］ 篤 晃 凹 寿９目 （α） （ｂ） （Ｃ） （ｄン 第１θ口 （久） ８／２圀 ＜ｂ） ♂ターβ察、ｆ！／１東重、し ′？ｃ　−ツーＩＬ／７０互中１も

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ツールを押付けることにより圧着接続又は接着を行
   なう半導体装置の製造装置において、加圧対象の被加圧
   面を該被加圧面上の所定の点を中心として回転させうる
   位置に配置した球面滑動機構と、 該滑動機構の固定部材に固定された外周部分と該滑動機
   構の滑動部材に接した中心部分とを有し、上記所定の点
   を中心とした回転に伴い両部分間の相対的姿勢変位を発
   生する切欠きたわみ部を両部分の間に形成した切欠きた
   わみステージ機構とを備えたことを特徴とする半導体装
   置の製造装置。 ２、ツールを押付けることにより圧着接続又は接着を行
   なう半導体装置の製造装置において、加圧対象の被加圧
   面を該被加圧面上の所定の点を中心として回転させうる
   位置に配置した球面滑動機構と、 該滑動機構の固定部材に固定された外周部分と該滑動機
   構の滑動部材に接した中心部分とを有し上記所定の点を
   中心とした回転に伴い両部分間の相対的姿勢変位を発生
   する切欠きたわみ部を両部分の間に形成した切欠きたわ
   みステージ機構と、該切欠きたわみ部における上記相対
   的姿勢変位に対応した応力歪を検出する手段と、該滑動
   機構を保持し上記相対的姿勢変位と等価な姿勢変位を発
   生する姿勢修正機構と、該姿勢修正機構を駆動するアク
   チュエータと、該アクチュエータの制御手段を備えたこ
   とを特徴とする半導体装置の製造装置。 ３、ツールを押付けることにより圧着接続又は接着を行
   なう半導体装置の製造装置において、加圧対象の被加圧
   面とツールの押付け面との相対的な向きを一致させるた
   めの姿勢変位を アクチュエータの駆動力により発生する姿勢修正機構と
   、 該アクチュエータの制御手段とを備えたことを特徴とす
   る半導体装置の製造装置。 ４、ツールを押付けることにより圧着接続又は接着を行
   なう半導体装置の製造装置において、加圧対象の被加圧
   面に及ぼされる偏荷重を検出する手段と、該被加圧面と
   ツールの押付け面との相対的な向きを一致させるための
   姿勢変位を加圧状態によらず任意に発生する姿勢修正手
   段とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置。 ５、ツールを押付けることにより圧着接続又は接着を行
   なう半導体装置の製造装置において、加圧対象の被加圧
   面とツールの押付け面との向きを一致させる為の相対的
   姿勢変位方向に低い剛性を持ち、 かつ、ツールの加圧方向を中心軸とした回転に対しては
   高い剛性を持つ機構を設けたことを特徴とする半導体装
   置の製造装置。 ６、ツールを押付けることにより圧着接続又は接着を行
   なう半導体装置の製造装置において、加圧対象の被加圧
   面とツールの押付け面との相対的な向きを一致させるの
   に必要な姿勢変位を加圧状態によらず任意に発生する姿
   勢修正手段とを備えたことを特徴とする半導体装置の製
   造装置。 ７、ツールを押し付けることにより圧着接続又は接着を
   行なう半導体装置の製造装置において、加圧対象の被加
   圧面に及ぼされる偏荷重と、被加圧面に及ぼされる総加
   圧力とを分離して検出する手段を 備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置。 ８、ツールを押し付けることにより圧着接続又は接着を
   行なう半導体装置の製造装置において、加圧対象の被加
   圧面とツールの押付け面との相対的な向きが一致した状
   態においては、 基準となる状態に対しての変化は部材の変形のみである
   ことを特徴とする半導体装置の製造装置。 ９、請求項１ないし８いずれかに記載の半導体装置の製
   造装置において、ツールと加圧対象との間の加圧方向の
   相対的移動を、サーボ素子により行うことを特徴とする
   半導体装置の製造装置。 １０、請求項９記載の半導体装置の製造装置において、
   加圧対象がツールからの加圧力を受け始める際には、 上記相対的移動の速度及び相対的姿勢修正機構の動作速
   度を所定の低い値に制限し、 被加圧面内の偏荷重がゼロもしくは所定の望ましい状態
   となったことが検出された後は、 上記の制限を緩めることを特徴とする加圧方法。 １１、請求項２ないし４または６のいずれかに記載の半
   導体装置の製造装置において、 加圧動作の結果姿勢修正機構に発生している姿勢修正動
   作角度を、 加圧動作後も保持することを特徴とする加圧方法。 １２、請求項２ないし４または６のいずれかに記載の半
   導体装置の製造装置において、 圧着動作に先立ちポリイミドテープを貼った薄板に対し
   て一連の加圧動作を実行し、 その結果を目視あるいはＴＶカメラ等の画像から自動処
   理することにより偏荷重の向きを判断し、 これにもとづいて上記姿勢修正機構を動作させることに
   より、圧着動作などの開始前において被加圧面とツール
   の押付け面との相対的な向きの平行度調整を行なう、半
   導体装置の製造装置の調整方法。 １３、請求項２ないし４または６のいずれかに記載の半
   導体装置の製造装置において、 加圧前に被加圧面の加圧方向高さを検出し、この結果求
   まる被加圧面の向きに対してツール押付け面の向きが一
   致するように、 上記姿勢修正機構を動作させ、その後にツールを駆動し
   て加圧することを特徴とする加圧方法。 １４、請求項２ないし４または６のいずれかに記載の半
   導体装置の製造装置において、 所定の複数箇所にて加圧動作をするためのツール移動手
   段を備え、上記複数箇所のうちの任意箇所における加圧
   動作時の姿勢修正角度を数値として制御装置内にて記憶
   し、 この数値を処理することにより各加圧対象の姿勢偏差を
   自動的にもとめることを特徴とする姿勢偏差検出装置。 １５、所定の半径を持つ２つの略同心円周上に切欠きた
   わみ部を形成した板状部材。 １６、請求項１５記載の板状部材において、切欠きたわ
   み部の平坦面側に、該切欠きたわみ部のたわみに対応し
   た応力歪を検出する向きに歪ゲージを固定した板状部材
   。 １７、ツールを押付けることにより圧着接続又は接着を
   行なう半導体装置の製造装置において、加圧対象の被加
   圧面上の所定の点にて交わり該加圧面内に含まれる２直
   線を軸として 互に滑動回転可能に保持された円筒形状滑動機構を備え
   たことを特徴とする半導体装置の製造装置。 １８、請求項１または２のいずれかに記載の半導体装置
   の製造装置において、球面滑動機構の替わりに、 加圧対象の被加圧面上の所定の点にて交わり該加圧面内
   に含まれる２直線を軸として 互いに滑動回転可能に保持された円筒形状滑動機構を用
   いたことを特徴とする半導体装置の製造装置。 １９、請求項２記載の半導体装置の製造装置において、
   該滑動機構を保持する姿勢修正機構の替わりに、 ツールを保持し上記相対的姿勢変位と等価な姿勢変位を
   発生する姿勢修正機構を備えたことを特徴とする半導体
   装置の製造装置。 ２０、請求項２記載の半導体装置の製造装置において、
   上記等価な姿勢変位動作のかわりに、 被加圧面の複数個の点を加圧方向に変位させる機構を構
   成したことを特徴とする半導体装置の製造装置。 ２１、請求項１ないし３のいずれかに記載の製造装置を
   用いて製造された半導体装置。 ２２、請求項１ないし３のいずれかに記載の製造装置の
   機構を備えたギャングボンディング装置。