JPH0845993A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】加圧ツールの力と速度を制御することにより、
ＴＡＢ等の多ピンの接合処理の加圧初期においてもＩＣ
チップに過大な力がかかるのを防止する。 【構成】ＩＣチップに対する加圧力を検出する手段を設
け、加圧初期において加圧力が予め定めた初期加圧力設
定値を越えるまではツールを定速度移動させ、越えた後
はその時点の加圧力になるように力制御しながら速度が
零又は反転するまで保持し、その後前記設定値を最終目
標値に漸次近づけながら前記一連の動作を繰り返して加
圧力を最終目標値まで上昇させる。 【効果】ＩＣチップの複数個の接合部の各々に全工程を
通して必要以上の加圧力がかからず、ダメージを発生し
ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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方
法に係り、特に高品質な接続に好適な加圧機構に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ツールにより圧着、又は接着を行う技術
として、ＴＡＢインナリードボンディング、ダイボンデ
ィング、ペレットボンディング、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、シール加熱はんだ
リフロー技術におけるツール加圧動作などがある。

【０００３】従来これらの技術に用いられている装置
は、特開昭５３−１０５９７２号公報に記載されたテー
プボンダの圧着方法のように、ツールに低いエア圧をか
けた状態でツールを下降させて接触させた後、エア圧を
高圧へと切換えてボンディングを開始することでボンデ
ィング時のＩＣチップへの衝撃荷重を抑えている。その
際エア圧の切換えは、ツール駆動機構に設けたタイミン
グカムによってボンディング開始位置との同期をとって
行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、実際
にツールと被加圧部分であるＩＣチップとの間に作用し
ている力を検出していないため、高精度に加圧力が実現
されているかどうか保証がない。

【０００５】また、加圧力の立上り波形が接触開始時の
ツール速度及び被加圧部品の反発力特性によって左右さ
れ、再現性が低いという課題がある。

【０００６】これらのことから、信頼性の高い加圧動作
が実現できないでいる。

【０００７】また、両者の接触開始時の速度によって
は、過渡的に衝撃的加圧力が印加される可能性があり、
ボンディングによる悪影響がＩＣチップに残るという課
題がある。

【０００８】又、エア圧の切替えによるため、設定変更
のフレキシビキティが低く、最適条件でボンディングで
きないとう課題、及び対象部品の変更時の段取りに時間
がかかるという課題がある。

【０００９】例えば、個々のＩＣチップの間で接着部で
あるバンプの高さにばらつきがある場合のインナリード
ボンディングを考えると、バンプ高さが低いＩＣチップ
を加圧する際、ツールがリードを介してバンプに接触す
る前にエア圧が高圧に切替り、ツールがリード及びバン
プに衝撃加圧力を及ぼす可能性が大きかった。その結
果、リードやバンプに応力集中を起こし、リード切れ、
バンプはがれバンプ下層部におけるクラックなどのいわ
ゆるボンディングダメージが発生しやすいという課題が
ある。

【００１０】また、このような一括ボンディングにおい
ては、バンプ形成精度に起因したバンプ高さのばらつき
が原因となって、加圧開始時に少数のバンプだけに加圧
力が印加されるのは避けがたい。上記従来技術ではエア
を２段階に切換えることで、低圧にて多数バンプに接触
させてしまうことを意図しているが、接合箇所であるリ
ード・パンプの数が多くなればなるほど、加圧に必要と
される加圧力は増加するので、低圧から高圧への切り替
え時の加圧力変化も大きなものとなる。その結果、上記
ボンディングダメージがやはり発生しやすくなる。

【００１１】本発明の第１の目的は、加圧中の実加圧力
を過渡的挙動も含めて、高精度に設定する半導体装置の
製造方法及び装置を提供することにある。

【００１２】また、本発明の第２の目的は、加圧力、加
圧力立上り速度、ツールの接触速度などの加圧動作パラ
メータの設定にフレキシビリティをもたせる製造方法及
び装置を提供することにある。

【００１３】また、本発明の第３の目的は、過渡的な衝
撃加圧力の発生を回避することによって、加圧対象にダ
メージを残さない加圧動作を実現する製造方法及び装置
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の第１及び第２の目
的は、ツールが被加圧部品であるＩＣチップ等との間で
及ぼしあう反力を、加圧時において実時間で検出しこれ
をもとにツールの駆動状態を所定の方式に従って変化さ
せることにより達成できる。

【００１５】また、第３の目的は、ツールが被加圧部品
に接触する以前のツール速度を所定の方式に従って変化
させ、十分低速度にて両者を接触させることにより達成
できる。これはツール駆動制御を位置もしくは速度の検
出が可能な素子により行い、速度偏差の積分動作を含ん
だ速度サーボ演算を制御装置により行う。

【００１６】ここで反力検出は、該反力により弾性変形
を生じる部材のたわみ量を歪ゲージにより電気的に検出
することで達成できる。又、ロードセルを用いて同様に
電気的検出してもよい。

【００１７】このようにして検出された反力が所定の望
ましい時間的挙動及び望ましい定常加圧力となるように
ツール駆動部の駆動制御を制御装置により行う。その際
のツール駆動制御は、位置サーボ、速度サーボ、駆動力
サーボのどの様式に従うものでもよく、各サーボにおけ
るパラメータの適切な設定と、上記反力検出値のフィー
ドバック項をとる、という２点に配慮するのみで望まし
い反力制御が実現できる。

【００１８】

【作用】実時間で検出された反力の信号は制御装置に取
り込まれる。制御装置内では自動演算が行われ、過渡状
態も含めて反力を所望の値とするために必要なツール駆
動部の動作を実時間で算出している。この算出結果はツ
ール駆動部へ指令信号値として伝えられ、ツール駆動部
はこれに応じた状態にツールを駆動する。即ち、位置サ
ーボであれば指令信号値に応じて位置が変化させられ、
速度サーボであれば指令信号値に応じて速度が変化させ
られ、駆動力サーボであれば指令信号値に応じて駆動力
が変化させられる。

【００１９】こうすることにより、各時点の反力値、及
び反力値の過去の経歴に応じて適切なツール駆動が時間
遅れなくなされるため、加圧中の実加圧力を過渡的挙動
も含めて高精度に設定することができる。

【００２０】又、上記自動演算に要する時間が無視でき
ない場合には、この時間遅れをも考慮した自動演算方式
を採ることにより、やはり同様に加圧中の実加圧力を過
渡的挙動も含めて高精度に設定することができる。

【００２１】上記の制御装置は内部に記憶素子を備え、
入力手段を備えることにより、加圧力、加圧力立上り速
度、ツールの接触速度などの加圧動作パラメータを任意
に設定変更可能であるため、上記パラメータの設定にフ
レキシビリティをもたせることが出来る様になってい
る。

【００２２】

【実施例】以下に本発明の実施例を詳細に説明する。但
し、説明の便宜上、ここではＴＡＢインナリードボンデ
ィングを想定して説明して行く。

【００２３】図１は本発明による加圧機構の一例であ
る。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図を示す。ツールテ
ーブルベース１２４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１２７は、サーボモータ１２８に
より駆動され、ツールステージ１２７上にはサーボモー
タ１３１が固定され、減速機１３４を介してリンク機構
１３６の入力リンク１３６ａ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１３６ｃは
摺動案内機構１３９，１４０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１３８及び
ツール７が上下に動きうる構成となっている。

【００２４】ヘッドベース１３８には切欠き部１３８ａ
が形成されており、ツール７がＩＣチップ４を加圧する
ことにより図２に示す様に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１５１を
止めネジに押付け、その際生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７がＩＣチップ４を加圧
する総加圧力が任意時点にて検出できる。このように摺
動部のない検出方式により、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
るため、あらかじめ既知の加圧力にて押付け動作を行
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設
定できない。

【００２５】ツールの駆動は、サーボモータ１２８及び
１３１に同軸にて配置されているパルスエンコーダ２８
及び３１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、上記の加圧力検出も同時並行して
行い、ツールの位置と加圧力検出値の双方の値をもとに
上記演算を行う。

【００２６】図３は以上説明した加圧機構を用いたボン
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４１は、接続対象
部品同志のアライメント終了と同時に、加圧機構制御装
置４２に対してボンディング指令５２を発信する。加圧
機構制御装置４２内部ではツール駆動アルゴリズム４３
が処理されている。ツール駆動アルゴリズム４３は、ツ
ール４７がＩＣチップ４と接触することによって受ける
反力をロードセル１５１により検出し、これを増幅器５
０，Ａ／Ｄ変換器５１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１３１を制御する。
サーボモータ１３１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４７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
上記電流目標値に応じてパワーアンプ４４がモータの電
流４５を所定の値に保つことにより行う。

【００２７】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、及びツール駆動モータへの出
力の演算のすべては、加圧機構制御装置４２内にあるタ
イマにより一定時間間隔で起動がかけられ、動的な加圧
動作を望ましいものとするため操作が行われる。

【００２８】加圧機構制御装置４２の動作は次の４つの
段階から成る。

【００２９】（１）高速にてツールをＩＣチップに接近
させる。

【００３０】（２）所定速度にてツールをＩＣチップに
接触させる。

【００３１】（３）所定の時間波形に従うように加圧力
を立ち上げて、所定時間の間、加圧する。

【００３２】（４）ツールを退避させて加圧結果を主制
御装置４１に返信５３する。

【００３３】図４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、ツールの前後
移動（Ｙ座標のＯ〜Ｔ_y に相当）は、障害物５４の制約
から、Ｚ＝０近辺にて行う必要がある。障害物は例えば
テープガイド１１９（図１３参照）である。ＡｚはＩＣ
チップ上方にてツールとＩＣチッ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。Ｃ_z ，Ｂ_z 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Ｚ座
標である。上述のＡ_z は例えばＣ_z の３００μｍ情報、
或いはＢ_z の５００μｍ上方などと決める。この両者の
うちではＣ_z の方がＢ_z の検出に比べて雑音に敏感なの
で、後者の方が、安定してＡ_z 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、加
圧対象のＩＣチップ側の問題であり、装置としては、稼
動中でも必要に応じて上記余裕距離の設定変更できるよ
うになっている。

【００３４】以下、図４及び図５に従って（１）〜
（４）の各段階を説明する。

【００３５】まず図中（０，Ｚｏ）→（０，０）→（Ｔ
_y ，０）→（Ｔ_y ，Ａ_z ）が（１）に相当する。ここで
は図５（ａ）に示すブロック図に従った制御演算が、一
定時間間隔ごとに繰り返される。ここでは５５は、図３
におけるパワーアンプ４４，サーボモータ１３１、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、ＺはＺ変換因子である。又、θ及びθ
_r 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。

【００３６】ここで、図４の（０，Ｚｏ）→（０，０）
及び（Ｔ_y ，０）→（Ｔ_y ，Ａ_z ）の移動においては、
図５（ａ）にてθ_r をＺ軸モータの回転角度指令θ_zr
に、θをＺ軸モータの回転角度θ_z に置換えた演算によ
り、サーボモータ１３１に対応するモータ系への出力時
系列ｍ_z (K)（Ｋ＝１，２…）を次のように求めればよ
い。

【００３７】

【数１】ｍ_z (K)＝Ｋ_pz（θ_zr(K)−θ_z（K)) −Ｋ_vz（θ_z (K)−θ_z（K−１)) ここでθ_zr(K)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補間した値を時々刻々取る。一方、
図４の（０，０）→（Ｔ_y，０）の移動では、Ｚ軸のか
わりにＹ軸に対する指令が必要で、

【００３８】

【数２】ｍ_y (K)＝Ｋ_py（θ_yr（K)−θ_y（K)) −Ｋ_vy（θ_y （K)−θ_y（Ｋ−１)) となる。

【００３９】又、図中破線で示したのような経路を移
動することも考えうる。これは、（Ｔｙ−ｒ，０）から
（Ｔ_y ，ｒ）の間を、（Ｔ_y −ｒ cosφ，ｒ sinφ）
（但しφ：０→π／２）に従って移動するもので、この
場合、〔数１〕及び〔数２〕を同時に計算して、ｍｚ
(K)，ｍｙ(K)を出力する。

【００４０】破線に従うことで当然、動作速度が向上
する。

【００４１】又、図中実線に従う場合でも、例えば目
標Ｙ座標θ_yr がＴ_y に達した後、実際のＹ座標θ_y (K)
がＴ_y 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。

【００４２】なお、図５（ａ）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ので省略する。

【００４３】次に図４中の（Ｔ_y ，Ａ_z ）→（Ｔ_y ，Ｃ
_z )の動作について説明する。これは（１）〜（４）の
うちの（２）に相当する。ここでは図５（ｂ）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１３１に
対して行われる。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Ｖreｆとの間の偏差を積分
要素５９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＊との帰還制御をする。以上の処理は次の
ようになる。

【００４４】

【数３】υ＊(K)＝θ_z（K)−θ_z（K−１） ｉ(K)＝ｉ(K−１）＋Ｋvi(Ｖref−υ＊(K)） ；ｉ（０）≡０ ｍ_z (K)＝ｉ(K)−Ｋvv・υ＊(K) ここで用いるＫvi，Ｋvvについても、図５（ａ）中のＫ
ｐ，Ｋｄと同様に定めうる。

【００４５】図５（ｂ）のように積分動作をとることに
よって、ツールの速度を正確に速度指令値に一致させる
ことが出きるので、モータ軸や摺動案内機構に存在する
摩擦力や重力による影響を打ち消して超低速でツールを
バンプに接触させることができる。

【００４６】以上述べた動作によりツールを超低速でＩ
Ｃ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、（ii）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、
(iii) 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。

【００４７】この様子を図６（ａ）に示す。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６４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６５され、前回検出値で代替される。黒丸
はこの修正信号６６を示す。この場合に適用されている
のは上述の（ｉ），（ii）の条件である。点Ｋでは条件
（ｉ）は成立つが、前々回との変化分は小さいため
（ｉ）と（iii）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Ｌとは変
化分が小さいので上述（ｉ）〜（iii）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。この場合も急峻に変化し
続ける信号を１回遅れで検出していることになる。

【００４８】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。

【００４９】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。これは図６の（ｂ），（ｃ），
（ｄ）に示すように、信号値が接触検出第１閾値Ｔhr１
を超えた状態（図中の接触検出準備点６８）と、接触検
出第２閾値Ｔhr２を超えた状態（図中の接触検出点６
９）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超える場合で
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。

【００５０】以上述べた方法で接触が検出されると、処
理段階（３）の加圧力動作を行う。これは図４では、
（Ｔ_y ，Ｃ_z ）→（Ｔ_y ，Ｂ_z ）に対応する。ここでは
図５（ｃ）にてＺ方向の制御演算が行われる。ここでＴ
_z はツールの接触基準点、Ｋｆはツール・ＩＣチップ間
の反発力特性６２であり、両者間の反発力Ｆは、

【００５１】

【数４】Ｆ＝Ｋｆ・（θ_z −Ｔ_z ） で表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。図５（ｃ）は、同図（ｂ）に比べ、制御目標値とし
て与えるものが、ツールの下降速度からツール・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の２種類に増えた点が異なるだけ
で処理の原理と定数設定手法は同じなので省略する。

【００５２】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補
間した値を用いて順次大きくしてゆく。

【００５３】以上述べたようにして一定時間加圧力動作
を行った後、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。

【００５４】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、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、低衝撃
な加圧動作が達成できる効果がある。とくに、図５のよ
うに駆動力算出演算式を切り替えることにより、接触前
と接触後とにそれぞれ適した処理を施せるので、低衝撃
接触に著しい効果がある。

【００５５】また、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。

【００５６】次に若干の代案変形例を説明する。

【００５７】〈加圧動作の代案変形例〉接触検出直後に
図５（ｃ）の処理に移らず、そのまま一定速度にて降下
し、その間反力検出値を監視し続け、検出値が真の加圧
力目標値Ｆref 或いはその近辺に達した時点にて、図５
（ｃ）の処理に移る処理方法も可能である。

【００５８】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。

【００５９】〈低速下降モード〔数４〕の代案変形例〉
低速にて下降して非衝撃的接触に備える〔数４〕の動作
の替わりに、次式〔数５〕の動作をとる方法も考えう
る。

【００６０】

【数５】υ＊(K)＝θ_z（K)−θ_z（K−１） ｉ（K)＝ｉ（K−１）＋Ｋ_vi（Ｖref−υ＊(K)) ；ｉ（０）≡０ ｍ_z（K)＝ｉ(K)−Ｋ_vvυ＊（K) −Ｋf・Ｆ（Ｋ） これによれば、−Ｋｆ・Ｆ(K)の加圧力フィードフォワ
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、接触直後の衝撃力ピーク値を
低く抑えることができる。

【００６１】以上述べたツール上下動機構によって加圧
動作を行わせる際、図７に示すような条件設定を実現で
きる。まず、ツールが接触する対象の反発力特性Ｋf に
より、加圧力の増加速度すなわち図７における傾きは、
ほぼＫf・Ｖref で与えられる。従って、設定可能なパ
ラメータである低速指令値を任意に変更することにより
加圧力の立上りにおける傾きは任意に実現可能である。
また、加圧力目標値Ｆrefも、プログラム中の一変数と
できるため、任意に変更可能である。

【００６２】＜バンプ高さ偏りへの応用例＞本実施例の
応用例として、ボンディング対象のＩＣチップ上のバン
プに高さ偏りがある場合の処理を述べる。図８は応用例
のフローチャート、図９は本応用例におけるツールとバ
ンプとの挙動を示したものである。

【００６３】初期においてツール７はＩＣチップ４およ
びリード２とは離れた状態にある（４００）。ボンディ
ング開始の指令があると制御装置４２はツールの移動量
を検出してこれを現在値としてメモリに保持する（４０
２）。続いて初期加圧力ｆ₀を加圧力設定値Ｆr に代入
したのちツール駆動制御プログラムの繰返し実行にうつ
る。

【００６４】まず加圧力が検出され（４０６）、加圧力
設定値ｆr に対するサーボ演算動作が行われ、その結果
がツールの駆動力を変化する手段４４に出力される（４
０８）。続いてツールの移動量が検出され、前回検出し
たときの値ｘ₀と比較される（４１０，４１２）。ｘ₀と
ｘが等しくなくツールが稼動中であれば、加圧力設定値
ｆr はそのままの値に保持したまま繰返し部分の先頭に
戻る。これはツール７が未だＩＣチップ４に接触してい
ないか、バンプ３を初期加圧力ｆ₀以下の加圧力でつぶ
しているかのどちらかの状態に対応する。

【００６５】ｘ₀とｘが等しくなりツールの移動がなか
った場合は加圧力設定ｆr を増分Δfだけ増加させて繰
返し部分の先頭に戻る（４１４，４１６）。これはツー
ル７がバンプ３を加圧したまま両者がつり合っている状
態に相当する。

【００６６】この繰返しを加圧力設定値ｆr が所定のボ
ンディング開始可能加圧力Ｆｃより大きくなるまで続け
た後に、あらかじめ定められたボンディング荷重Ｆｄを
加圧力設定値としたボンディング動作を行い（４１
８）、その後ツールを後退させてボンディングを終了す
る（４２０，４２２）。

【００６７】この際に、Ｆｃの値は充分に多数のバンプ
がツールと接触状態になることを条件として実験的に定
める。図９は上記のアルゴリズムの進行に対応するツー
ル７とバンプ３ａ，３ｂとの接触状態の変化を図示した
ものである。ここでは理解の容易さのために、図示する
バンプ３は最も初期にツール７と接触するバンプ３ａ、
及び加圧力設定値ｆr がＦｃより大きくなる以前におい
ても最も遅くツール７と接触状態になったバンプ３ｂと
の２つのバンプに限っている。

【００６８】同図（ａ）はツール７がどのバンプ３とも
接触せずに初期加圧力ｆo を設定値として下降している
状態である。（ｂ）はツール７がバンプ３に接触して加
圧力ｆo でつり合った状態を示している。（ｃ）は加圧
力を次第に増加させながらバンプ３ａを押しつぶしなが
らツール７が下降してる状態であり、このとき加圧力は
バンプ３ａを押しつぶし続けるのに必要な最小限の値を
とるため、衝撃力や過大な加圧力はバンプ３ａにはかか
らない。（ｄ）はツール７下降が更にすすみ、バンプ３
ｂがツール７と接触する直前の状態である。このときは
バンプ３ａを含む所定の個数のバンプ３が、加圧力Ｆｃ
−Δｆにより押しつぶされていると考えられる。（ｅ）
はバンプ３ｂがツール７に接触し、加圧力設定値がＦｃ
より大きくなった状態で、この状態からボンディング荷
重をあらかじめ定められた値Ｆｂとした正規のボンディ
ングを行う。

【００６９】本応用例によれば、ＩＣチップ４ごとにバ
ンプ３の高さに誤差がある場合でも、ツール７とバンプ
３との接触時における衝撃的な荷重変化があらかじめ定
めた初期加圧力以内に抑えられる効果がある。又、ボン
ディング初期における少数のバンプ３ａへの過大な加圧
力が回避される効果がありボンディングダメージ低減に
寄与する。

【００７０】次に本発明による加圧機構を用いたＴＡＢ
インナボンディング装置につき説明する。

【００７１】図１０は本発明によるＴＡＢインナボンデ
ィング装置の概観図である。

【００７２】ベース１００の上面１０１に光学系ベース
１０２が取付けられ、その上面１０３に光学系プレート
１０４が固定されている。この光学系プレート１０４及
びその先端部１０５にテープ１上のインナリード２とＩ
Ｃチップ４上のバンプ３とのアライメントを行うための
光学系・撮像系が配置されている（図１１参照）。１８
４はリールプレートであり、ベース上面１０１に固定さ
れており、リール１８７を保持している。

【００７３】図１１は被加圧部付近を拡大した説明図
で、テープ１上に形成した多数のインナリード２を、Ｉ
Ｃチップ４上に形成した同数のバンプ３に接続すること
が作業の目的である。その際、テープ１に対してＩＣチ
ップ４をアライメントするため、ＩＣチップ４は水平面
内にて平行移動・回転移動可能なＸＹθステージ３６上
に固定されたチップステージ６の上に置かれている。接
続は上記多数のインナリード２と、対応するバンプ３と
をアライメントした後、ツール７を下降させて接触・加
圧することにより行う。

【００７４】図１２は上記装置の主要な機構部分の説明
図である。主要な機構部分は大きく分けて次の４つから
構成されている。

【００７５】（１）ツール駆動機構 図１２、図１３に示すように、１２４はツールテーブル
ベースであり、一対のスライドガイド１２５，１２６を
介して、ツールステージ１２７が取付けられ、モータ１
２８はモータ軸１２８ａ、ボールネジ１２９、ナット１
３０を介して、ツールステージ１２７に取付けられ、モ
ータ１２８を回動することにより、ツールステージ１２
７を矢印Ｂ及び矢印Ｃ方向にスライドさせることができ
る。

【００７６】モータ１３１はツールステージ１２７に取
付けられ、モータ軸１３２、カップリング１３３、減速
機１３４、及びピン１３５で連結されたリング１３６，
１３７を介して、上下摺動プレート１３８に連結されて
いる。上下摺動プレート１３８はツールステージート１
２７に取付けられた一対の摺動案内機構１３９，１４０
によって案内され、モータ１３１を回動することによ
り、上下摺動プレート１３８が矢印Ｄ，Ｅ方向にスライ
ドさせることができる。

【００７７】図１４に示すように、上下摺動プレート１
３８の前面には熱圧着用ボンディングツール７を把持
し、ボンディングツール７の下面７ａの傾きを調整する
ピッチングプレート１４３と、ローリングプレート１４
４及び、ボンディングツール７の軸部７ｂを把持する溝
と、押え板１４６で構成するヘッド１４７と、ヘッド１
４７を上下に摺動可能な状態で保持する一対のスライド
ガイド１４８，１４９とこれを取付けるヘッドベース１
５０が取付けられている。１５１はロードセルであり、
ヘッドベース１５０の上部１５２とヘッド１４７の上面
１５３の間隙に取付けられ、ヘッドベース１５０が降下
し、チップステージ６上のＩＣチップ４及びインナリー
ド２にボンディングツール７の下面７ａが接触し、ヘッ
ド１４７が停止しスライドガイド１４８，１４９を介し
てスライドし、ロードセル１５１が圧縮され、ボンディ
ング荷重を検出することができる。

【００７８】ボンディングツール７は加熱ヒータ１５４
を取付ける穴１５５と、熱電対１５６を取付ける穴１５
７が設けられ、固定ネジ１５８によって、各々取付けら
れており、温度制御ユニット（図示せず）によって、所
定の温度に維持されている。

【００７９】この実施例の荷重検出機構は図２の荷重検
出機構と異なり摺動変位をロードセルで検出している。
このため、摩擦力に相当するだけのヒステリシスが誤差
として残る反面、加圧時には荷重が直接にロードセルに
印加されるため、較正の必要はないというメリットがあ
る。

【００８０】（２）光学系及び撮像系（図１２、図１３
参照） ８は落射照明用光源であり、これから出た光はミラー
９、シャッタ（図示せず）、ミラー１２、ハーフプリズ
ム１３、対物レンズ１４を介して、テープ１上のインナ
リード２に投光される。同様に斜方照明用光源１６の光
はロータリソレノイド（図示せず）を駆動し、シャッタ
１８を開くことにより、ガラスファイバ１９、リング照
明装置２０を介してＩＣチップ４に投光される。共に反
射光は対物レンズ１４、ハーフプリズム１３、ミラー２
３、フィールドレンズ、リレーレンズ２５、ミラー２６
ｂを介して、２ヵ所のコーナの像がそれぞれＴＶカメラ
２９ｂ及びＴＶカメラ２９ａに取り込まれる。

【００８１】（３）テープ駆動機構（図１２参照） １８４はリールプレートであり、送りモータ１８５が取
付けられ、モータ軸にリール１８７の角穴をはめ合わせ
る角軸１８９が取付けられている。１９２は固定ローラ
であり、リールプレート１８４に回動可能な状態で保持
されている。

【００８２】１９４はテンションローラであり、リール
プレート１８４に取付けたスライドガイド１９５を介し
テンションローラ軸が固定され、ベアリング（図示せ
ず）を介して回動可能な状態で保持されている。

【００８３】１９７はスペーサであり、テープ１と共に
リール１８７に巻かれている。１９８はスペーサ用固定
ローラであり、リールプレート１８４にベアリング（図
示せず）を介して回動可能な状態で保持されている。２
００はテンションローラであり、リールプレート１８４
に取付けたスライドガイド２０１を介して、テンション
ローラ軸が固定され、ベアリング（図示せず）を介して
回動可能な状態で保持されている。リールプレート１８
４の左右対称な位置には、上記テープ駆動機構と左右対
称に巻取りモータ、リール、テンションローラ、固定ロ
ーラが配置されている。

【００８４】リールプレート１８４には、テンションロ
ーラ１９４の位置を検出する一対のリミットスイッチ
（図示せず）が取付けられ、スライドガイド１９５のス
ライド部１９５ａに接触することによって動作し、各
々、送りモータ１８５及び巻取りモータを駆動し、矢印
Ｇ方向にテープを移動する。

【００８５】１１０はパルスモータであり、一対のタイ
ミングプーリ１１１，１１２及びタイミングベルト１１
３を介して、スプロケットベース１１４に取付けられ回
動可能な状態で保持されている駆動スプロケット１１５
が駆動し、テープ１に設けられたスプロケットホール１
ｂを介して、一定ピッチだけ矢印Ａ方向にテープを搬送
する。

【００８６】スプロケットベース１１４の他方には、ア
イドルスプロケット１１７が回動可能な状態で保持され
ている。スプロケットベース１１４はＸＹＺテーブル１
１８に取付けられ、パルスモータ駆動ステージ１１８
ａ，１１８ｂ，１１８ｃで構成し、スプロケットベース
１１４を前後、左右、上下に移動させることができる。
スプロケットベース１１４の中央部にはテープガイド１
１９が取付けられ、テープ１のデパイスホール１ａの中
心とテープガイド１１９に設けられたボンディングホー
ル１２１の中心が光軸１０６と一致する位置にテープ１
を案内すると共に、テープガイド１１９の下面は円弧状
に加工が施され、テープ１に適当な張力を加えることに
より、下面に密着させることができる。

【００８７】（４）ＩＣチップ供給機構（図１２参照） ３６はベース１００の上面１０２に取付けられ、水平面
内で前後左右に移動するパルスモータ駆動ステージ３６
ａ，３６ｂと旋回する旋回テーブル３６ｃで構成し、そ
の上部にはＩＣチップ４の下面４ｂを真空ポンプ（図示
せず）、ソレノイドバルブ１０７、チップステージ６を
介して、チップステージ上面の中央部１０８に吸着保持
される。ＩＣチップ４を保持した状態で、旋回テーブル
３６ｃの旋回中心と光軸１０６とが一致する位置にＸＹ
θステージ３６の駆動ステージ３６ａ，３６ｂを動作す
る。

【００８８】１６４はＩＣチップ移載用真空吸着パット
であり、アーム１６８に取付けられ、アーム１６８はハ
ンドベース１７０に上下に摺動可能な状態で保持され、
ハンドベース１７０に取付けられたエアシリンダ１７１
のロッド１７２がアーム１６８に連結されている。１６
７，１７５はそれぞれパット、及びアームを駆動するエ
ア用のソレノイドバルブである。

【００８９】ソレノイドバルブ１７５を駆動することに
より、アーム１６８を介して、吸着パット１６４は上下
にスライドする。

【００９０】ハンドベース１７０は水平面内を前後、左
右に移動するＸＹステージ１７６のパルスモータ駆動ス
テージ１７６ａ，１７６ｂに取付けられている。１７８
はトレー台であり、上面１７９にトレー１８０を一対の
位置決めピンによって位置決めされ、トレー１８０の上
面には複数箇所の凹部が設けられ、ＩＣチップ４が位置
決めされ予め搭載されている。

【００９１】以上の構成において、ＸＹステージ１７６
を駆動して、トレー１８０上に吸着パット１６４を移動
した後、吸着パット１６４を降下してＩＣチップ４の上
面を真空吸着し、再びアームを上昇させた後、ＸＹステ
ージ１７６を駆動して、ＩＣチップ４をチップステージ
６に搭載する。

【００９２】次にソレノ次にＸＹθステージ３６を駆動
し、旋回テーブル３６ｃの旋回中心が光軸１０６と一致
する位置に戻す。同時にバルスモータ１１０を回動し
て、テープ１を一定ピッチだけ矢印Ｆ方向に搬送し、テ
ープガイド１１９のボンディングホール１２１の中心に
テープ１の中心を一致させる。

【００９３】次に光学系・撮像系を動作させて、テープ
１のデバイスホール１ａ及びＩＣチップ４の拡大画像を
処理装置に取り込み、計算機処理によりテープとＩＣチ
ップとの位置ずれ量を求める。これをもとにしてＸＹθ
ステージ３６を駆動し、基準位置にＩＣチップ４のコー
ナ４ｃ，４ｄを合わせる。

【００９４】以上の動作を繰返し行い上記位置ずれ量を
所定の位置ズレ以内に納める。

【００９５】位置合わせが終了した後、前述した加圧機
構の動作を行う。すなわち、モータ１２８を駆動し、図
１３に示すように、前後摺動プレート１２７を矢印Ｂ方
向に移動し、ボンディングツール７をボンディング位置
３９に位置合わせを行う。更に、モータ１３１を駆動し
て、カップリング１３３、減速機１３４、ピン１３５、
リンク１３６、１３７、上下摺動プレート１３８、を介
してヘッドベース１５０を矢印Ｅ方向に降下させる。こ
のとき、ボンディングツール７、ヘッド１４７を介しロ
ードセル１５１にはツール７がＩＣチップ４から受ける
反力が検出されるので、この電気信号を制御装置に取り
込み、上記反力検出値と、モータ１３１の位置、電流指
令値などの駆動状態検出値をもとにして、低速度にてツ
ール７を、インナリード２を介してチップステージ６上
のＩＣチップ４に接触させ、所定の反力が発生するまで
加圧し、所定時間ボンディングツール７を押し付けた
後、再びモータ１３１及び、モータ１２８を駆動して元
の位置に戻る。こうして１つのＩＣチップ４とテープ１
上のインナリード２の熱圧着接合を完了する。上記全て
の動作を繰返し行うことによって連続的にインナリード
ボンディングを行うことができる。

【００９６】以上の構成を採ることにより、ボンディン
グにおけるツール７とＩＣチップ４との間の加圧力が常
時検出、制御でき、高精度かつ高信頼な全自動ボンディ
ング装置が実現される。この装置では、加圧力、加圧速
度、接触速度などの加圧動作パラメータを容易に変更可
能であり、常に、対象となるＩＣチップ４とインナリー
ド２の種類に応じた動作が自動設定できる効果がある。

【００９７】なお、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、一般的に面的加圧による圧着・接合・接着技術にも
適用でき、高品質な接合が達成できる効果がある。

【００９８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、加圧
中の実加圧力を過渡的挙動も含めて、高精度に設定する
ことができる。このため、各ボンディング動作における
再現性が高くなり、高品質な加圧機構が実現でき、半導
体素子の製造における信頼性向上、歩留まり向上に効果
がある。

【００９９】また、本発明によれば、加圧力、加圧力立
上り速度、ツールの接触速度などの加圧動作パラメータ
の設定にフレキシビリティをもたせることができる。

【０１００】さらに、本発明によれば加圧対象にダメー
ジを残さない加圧動作を実現でき、半導体素子の製造に
おける信頼性向上、歩留まり向上に効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による加圧機構の説明図。

【図２】加圧力検出原理の説明図。

【図３】ツールの駆動制御の回路ブロック図。

【図４】ツールの動きを模式的に示す図。

【図５】図４における各モードの制御演算方式を示すブ
ロック図。

【図６】歪信号の検出方式の説明図。

【図７】加圧機構の条件設定の説明図。

【図８】バンプ高さ偏りへの応用例におけるフローチャ
ート。

【図９】図８におけるツールとバンプとの挙動を示す
図。

【図１０】本発明によるＴＡＢ装置の全体概念図。

【図１１】ボンディング部の拡大斜視図。

【図１２】動作部分の斜視図。

【図１３】ツールの上下動機構を示す図。

【図１４】加圧部の構造を示す斜視図。

【符号の説明】

１…テープ、 ２…インナリード、 ３…バンプ、 ４…ＩＣチップ、 ６…チップステージ、 ７…ボンディングツール、 １２４…ツールテーブルベース、 １２５，１２６…スライドガイド、 １２７…前後摺動プレート、 １２８…モータ、 １２８ａ…モータ軸、 １２９…ボールネジ、 １３０…ナット、 １３１…モータ、 １３２…モータ軸、 １３３…カップリング、 １３４…減速機、 １３５…ピン、 １３６，１３７…リンク、 １３８…上下摺動プレート、 １３８ａ…切欠き部、 １３９，１４０…スライドガイド、 １４２…上下摺動プレート前面、 １４３…ビッチングプレート、 １４４…ローリングプレート、 １４６…押え板、 １４７…ヘッド、 １４８，１４９…スライドガイド、 １５０…ヘッドベース、 １５１…ロードセル、 １５２…ヘッドベース上部、 １５３…ヘッド上面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＩＣチップの複数個のバンプとキャリアテ
   ープの複数個のインナーリードとを対向させ、前記複数
   個のインナーリードの上から前記複数個のバンプに加圧
   力をかけてインナーリードとバンプとを接合する半導体
   装置の製造方法において、加圧ツールを該インナーリー
   ド及びバンプに向けて所定の速度で移動させると同時に
   加圧ツールがインナーリード及びバンプから受ける反力
   を検出し、予め定めた設定値との大小を比較判定し、 該反力が小さい場合は、前記所定速度を維持し、 該反力が大きい場合は、検出された反力の値に加圧ツー
   ルの加圧力を力制御し、同時に加圧ツールの速度を検出
   し、該速度と前記所定の速度との大小を比較判定し、 該速度が大きい場合は、前記加圧力を維持し、 該速度が小さい場合は、前記設定値に所定の増分を加え
   た値を新たな設定値として置き換え、前記所定の速度で
   加圧ツールの移動を再開し、前記設定値が予め定められ
   ている加圧力目標値になるまで前記ステップを繰り返
   し、加圧ツールをインナーリード及びバンプに加圧する
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。