JPH0964094A - 半導体製造装置および半導体製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、インナリード・ボンディング装置に
おいて、ツールとチップ載置ステージとの平行度を、短
時間で、安全、かつ、正確に調整できるようにすること
を最も主要な特徴とする。 【解決手段】たとえば、平行度の調整を行う場合、ボン
ディング・ツール３１を計測部位に移動させ、レーザ変
位計４１上で停止させる。そして、計測用部材３３の４
つの計測位置における距離をそれぞれ測定し、記憶部４
２に記憶する。この計測用部材３３の変位量をもとに、
各モータ１３ａを駆動する制御データを演算部４３で算
出し、その制御データにもとづいてモータ制御部４４が
各モータ１３ａを制御する。こうして、プレート１６を
傾斜させることにより、チップ載置ステージ２０をボン
ディング・ツール３１の下面の平行度に倣い合わせる構
成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば半導体
の組み立てに用いられる半導体製造装置および半導体製
造方法に関するもので、特に加熱されたボンディング・
ツールの加圧により、ＴＡＢテープのインナリードと半
導体チップの電極パッドとを一括接合するインナリード
・ボンディング装置、またはＴＣＰのアウタリードと外
囲器のリード配線とを一括接合するアウタリード・ボン
ディング装置として用いられるものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、半導体の組み立て工程の
一つに、半導体チップの複数の電極パッドにＴＡＢテー
プの各リードの一端（インナリード）を、加熱されたボ
ンディング・ツールを用いて押圧することにより一括し
て接合（熱圧着）するインナリード・ボンディングがあ
る。

【０００３】このボンディング工程においては、ボンデ
ィング・ツールの下面（リードの端部を押圧する部分）
とチップ載置ステージとの平行度がでていないと、押圧
されたリードの潰れ量が一様でなくなり、その結果、接
合不良を招く。

【０００４】従来、かかる接合不良に対しては、実際
に、各電極パッドに接合されたリードの潰れ量を顕微鏡
などを使って測定し、チップ面内における潰れのばらつ
きが４μｍ以下となるように、繰り返し、チップ載置ス
テージおよびボンディング・ツールの平行度を調整する
ようになっていた。

【０００５】図３は、従来の、チップ載置ステージとボ
ンディング・ツールとの平行度の調整方法を具体的に示
すものである。たとえば、同図（ａ）に示すように、ボ
ンディング・ツール１０１はツールホルダ１０２に取り
付けられている。ツールホルダ１０２は、図示していな
い回動機構を介してツール機構部１０３に取り付けられ
ている。ツール機構部１０３は、半導体チップ１０４を
載置するチップ載置ステージ１０５上に昇降自在に設け
られている。

【０００６】また、上記ツール機構部１０３には、上記
ボンディング・ツール１０１の平行度を調整するための
マイクロメータ１０６，１０７および固定ねじ１０８，
１０９が設けられている。

【０００７】さらに、上記ボンディング・ツール１０１
には、ツール１０１を加熱するためのカートリッジ・ヒ
ータ１１０、およびツール１０１の温度をコントロール
するための熱電対１１１がそれぞれ設けられている。

【０００８】なお、図中の１１２はＴＡＢテープであ
り、絶縁性フィルム１１２ａ上に、上記半導体チップ１
０４上の各電極パッド１０４ａと個々に接続（接合）さ
れる複数のリード１１２ｂが配された構成となってい
る。

【０００９】さて、チップ載置ステージ１０５とボンデ
ィング・ツール１０１との平行度の調整は、次のように
して行われる。まず、上記ツール機構部１０３に設けら
れた固定ねじ１０８を緩め、マイクロメータ１０６を左
右に回転させる。すると、ツールホルダ１０２が、上記
回動機構により図示矢印Ａ方向に揺動される。また、上
記ツール機構部１０３の固定ねじ１０９を緩め、マイク
ロメータ１０７を左右に回転させる。すると、ツールホ
ルダ１０２が、上記図示矢印Ａ方向と直交する方向に揺
動される。

【００１０】このようにして、マイクロメータ１０６，
１０７を回転させてツール機構部１０３に取り付けられ
ているツールホルダ１０２を揺動させることにより、た
とえば同図（ｂ）に示すように、ボンディング・ツール
１０１の下面はチップ載置ステージ１０５の表面に対し
て傾斜角（θ）をもって自在に調整できる。

【００１１】しかしながら、上記した従来の調整方法に
おいては、各電極パッド１０４ａに接合されたリード１
１２ｂの潰れ量にしたがってマイクロメータ１０６，１
０７を微調整し、最終的に、チップ１０４の面内におけ
る各リード１１２ｂの潰れのばらつきが４μｍ以下とな
るように調整を繰り返し行うものであったため、調整に
長い時間を要するという問題があった。

【００１２】また、マイクロメータ１０６，１０７を調
整するごとに潰れのばらつきを確認する必要があるた
め、ボンディング・ツール１０１を常に高温に加熱して
おく必要があり、調整には危険がともなう。

【００１３】また、調整者が視覚によって潰れのばらつ
きを確認しなければならず、調整に差が生じやすい。さ
らに、ボンディング・ツール１０１の下面の、酸化など
による状態の変化により、正確な調整がむずかしい。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、チップ載置ステージとボンディング・ツー
ルとの平行度の調整は、人為的作業により行われるもの
であったため、短時間で、安全に、しかも、正確な調整
が行えないという問題があった。

【００１５】そこで、この発明は、接合ツールと載置台
との平行度を、短時間で、安全、かつ、正確に調整する
ことが可能な半導体製造装置および半導体製造方法を提
供することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の半導体製造装置にあっては、半導体素
子を載置する、揺動可能に設けられた載置台と、この載
置台上にリードフレームを供給する供給手段と、この供
給手段により供給される前記リードフレームの各リー
ド、および前記載置台に載置された前記半導体素子の各
電極パッドを、熱圧着により一括して接合する接合ツー
ルと、この接合ツールの平行度を計測する計測手段と、
この計測手段による計測結果にもとづいて前記載置台を
揺動する制御手段とから構成されている。

【００１７】また、この発明の半導体製造装置にあって
は、外囲器を載置する、揺動可能に設けられた載置台
と、この載置台上に半導体装置を供給する供給手段と、
この供給手段により供給される前記半導体装置の各リー
ド、および前記載置台に載置された前記外囲器の各リー
ドを、熱圧着により一括して接合する接合ツールと、こ
の接合ツールの平行度を計測する計測手段と、この計測
手段による計測結果にもとづいて前記載置台を揺動する
制御手段とから構成されている。

【００１８】さらに、この発明の半導体製造方法にあっ
ては、ボンディング・ツールを移動させ、このボンディ
ング・ツールに設けられた計測用部材の複数の計測位置
にレーザ変位計を順次合わせる工程と、前記計測用部材
の各計測位置におけるレーザ変位計との距離をそれぞれ
測定する工程と、前記測定結果より導き出される距離の
変位量をもとに、チップ載置ステージの挿動量を算出
し、この挿動量にしたがって前記チップ載置ステージを
前記ボンディング・ツールの下面の平行度に倣い合わせ
る工程とを備えてなる。

【００１９】この発明の半導体製造装置および半導体製
造方法によれば、たとえば、ボンディング・ツールの平
行度をレーザ変位計により計測し、その計測結果にもと
づいてチップ載置ステージを自動的に揺動させることに
より、チップ載置ステージをボンディング・ツールの平
行度に合致させるようにしている。したがって、人為的
作業によらず、調整の自動化および迅速化を図ることが
可能となるものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態に
ついて図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施
の一形態にかかる、インナリード・ボンディング装置の
構成を概略的に示すものである。

【００２１】このボンディング装置は、ボンディング動
作を行うボンディング部位とボンディング・ツールの下
面の平行度を計測する計測部位とを有してなり、この計
測部位に対してもボンディング・ツールを移動できる構
成となっている。

【００２２】上記ボンディング部位には、ＸＹテーブル
１１が設けられている。このＸＹテーブル１１は、たと
えば矩形状の３つの部材１１ａ，１１ｂ，１１ｃによっ
て構成され、図示していないサーボモータによりＸまた
はＹ方向にそれぞれ駆動されるようになっている。

【００２３】上記ＸＹテーブル１１の上部には、矩形状
のベースプレート１２が固定されている。このベースプ
レート１２上には、各辺に沿って、モータ取り付けブラ
ケット１３がそれぞれ設けられている。また、上記ベー
スプレート１２の略中央部には、略半球面状のステージ
１４が摺動可能に係止される凹部を有する受け台１５が
設けられている。

【００２４】上記各ブラケット１３には、それぞれモー
タ１３ａとスプリングポスト（図示していない）とが取
り付けられている。各モータ１３ａの回転軸には、等速
曲線運動するカム１３ｂがそれぞれ設けられている。

【００２５】上記ステージ１４は、プレート１６の下面
に固定されている。また、このプレート１６の下面に
は、上記カム１３ｂがそれぞれ当接される半球面状のボ
ール１６ａが設けられている。

【００２６】さらに、プレート１６の側面には、それぞ
れスプリングポスト１７が取り付けられている。このス
プリングポスト１７と上記ブラケット１３に取り付けら
れたスプリングポストとの間には、スプリング１８がそ
れぞれ張架されている。これにより、上記ボール１６ａ
に上記カム１３ｂがそれぞれ押し付けられた状態で当接
されるようになっている。

【００２７】上記プレート１６の上面には、半導体素子
としての半導体チップ１９が位置決めされた状態で載置
される、載置台としてのチップ載置ステージ２０が固定
されている。

【００２８】このような構成においては、上記モータ１
３ａによってカム１３ｂが選択的に駆動されることによ
り、上記プレート１６の各辺が上下方向に独立して傾斜
される。また、その傾斜の際には、上記ステージ１４が
上記受け台１５の凹部内を摺動される。これにより、プ
レート１６の各辺の傾斜にともなって、上記プレート１
６上のチップ載置ステージ２０を自在に揺動させること
ができる。

【００２９】上記チップ載置ステージ２０の上部には、
上記半導体チップ１９を搭載するためのＴＡＢテープ
（リードフレーム）２１を、上記半導体チップ１９の載
置位置上に搬送する供給手段としての搬送フィーダユニ
ット２２が設けられている。ＴＡＢテープ２１は、図示
していない絶縁性フィルム上に、上記半導体チップ１９
上の各電極パッドと個々に接続（接合）される複数のリ
ードが配された構成となっている。

【００３０】また、上記チップ載置ステージ２０の上方
には、その先端部分（下面）によってリードの端部を押
圧する、接合ツールとしてのボンディング・ツール３１
が設けられている。ボンディング・ツール３１は、ツー
ルホルダ３２の下方先端部に取り付けられている。

【００３１】ボンディング・ツール３１には、その外側
に延在するようにして、略円盤状の計測用部材３３が設
けられている。この計測用部材３３は、上記ツール３１
の下面の平行度を計測する際の測定対象面を形成するも
のであり、上記ツール３１の下面との平行度が十分にだ
されている。

【００３２】すなわち、ボンディング・ツール３１の下
面の平行度は、そこを実際に計測するのが望ましいが、
ツール３１の下面は面積が小さいために難しい。そこ
で、本発明の実施の一形態では、ツール３１の下面との
平行度が十分にだされている計測用部材３３の平行度を
計測（変位量を測定）することで、ボンディング・ツー
ル３１の下面の平行度を計測するようにしている。

【００３３】上記ツールホルダ３２は、図示していない
移動機構により、上記ボンディング・ツール３１をＸ，
ＹおよびＺ方向にそれぞれ自在に移動できるようになっ
ている。

【００３４】なお、図示していないが、上記ボンディン
グ・ツール３１には、ツール３１を加熱するためのカー
トリッジ・ヒータ、およびツール３１の温度をコントロ
ールするための熱電対がそれぞれ設けられている。

【００３５】さて、ボンディング動作時においては、ま
ず、ボンディング・ツール３１が高温加熱される。この
状態で、上記チップ載置ステージ２０上に半導体チップ
１９が載置され、さらに、その載置位置上に、搬送フィ
ーダ・ユニット２２によりＴＡＢテープ２１が搬送され
る。

【００３６】そして、半導体チップ１９上の各電極パッ
ドとＴＡＢテープ２１の各リードとが位置合わせされた
後、ボンディング・ツール３１がツールホルダ３２ごと
降下される。これにより、ボンディング・ツール３１の
下面の加圧によって、上記ＴＡＢテープ２１の各リード
の先端部、つまりインナリードが、上記半導体チップ１
９の各電極パッドに熱圧着により一括して接合される。

【００３７】リードの接合（ボンディング動作）が終わ
ると、ボンディング・ツール３１は半導体チップ１９上
より上昇され、また、リードの接合によりＴＡＢテープ
２１上に搭載された半導体チップ１９はチップ載置ステ
ージ２０上から取り除かれる。

【００３８】このようにして、ＴＡＢテープ２１の各イ
ンナリードを半導体チップ１９の各電極パッド上に一括
して接合する、インナリード・ボンディングが繰り返し
行われる。

【００３９】一方、計測部位には、上記ボンディング・
ツール３１の下面の平行度を計測する計測手段としての
レーザ変位計４１、このレーザ変位計４１の計測結果に
もとづいて上記チップ載置ステージ２０の揺動を制御す
るための、記憶部４２、演算部４３、およびモータ制御
部４４からなる制御手段が設けられている。

【００４０】上記レーザ変位計４１は、計測用部材３３
の変位量を、レーザを用いた三角測量方式により非接触
で測定することにより、ボンディング・ツール３１の下
面の平行度を計測するもので、ホルダ４５の一端に取り
付けられたセンサ部４１ａとセンサ処理部４１ｂとから
構成されている。

【００４１】上記センサ部４１ａは、半導体レーザと投
光レンズとからなる投光部、および結像レンズとポジシ
ョンセンサとからなる受光部（いずれも図示していな
い）を有した構成とされている。

【００４２】上記センサ処理部４１ｂは、上記センサ部
４１ａの出力からポジションセンサ面上に結像される光
スポット（測定対象面からの反射光）の位置を読み取る
処理回路と、その処理回路の出力から計測用部材３３の
変位量を求める演算回路を有した構成となっている。

【００４３】ここで、ボンディング・ツール３１の下面
の平行度を計測する際の方法について、具体的に説明す
る。図２は、計測用部材３３の変位量の測定にかかる動
作を概略的に示すものである。

【００４４】まず、図示矢印５１にしたがってボンディ
ング・ツール３１を平行度計測部位に移動させ、上記計
測用部材３３の第１の計測位置６１がセンサ部４１ａ上
に対応するようにして停止させる。

【００４５】そして、その第１の計測位置６１における
変位量を測定した後、図示矢印５２方向にボンディング
・ツール３１を移動させ、上記計測用部材３３の第２の
計測位置６２がセンサ部４１ａ上に対応するようにして
停止させる。

【００４６】同様にして、第２の計測位置６２における
変位量を測定した後、順次、図示矢印５３，５４方向に
ボンディング・ツール３１を移動させ、上記計測用部材
３３の第３，第４の計測位置６３，６４における変位量
をそれぞれ測定する。

【００４７】このように、本発明の実施の一形態におい
ては、計測用部材３３における４つの計測位置６１〜６
４に対する上記センサ部４１ａからのそれぞれの距離
（計測用部材３３の変位量）を測定することで、ボンデ
ィング・ツール３１の下面の平行度を計測するようにな
っている。

【００４８】上記記憶部４２は、上記センサ処理部４１
ｂからの出力である計測用部材３３の変位量を、計測位
置６１〜６４ごとに記憶するものである。上記演算部４
３は、上記記憶部４３に記憶された変位量をもとに上記
プレート１６の傾斜量（挿動量）を演算する、つまり、
上記チップ載置ステージ２０を上記ボンディング・ツー
ル３１の下面の平行度に合致させるための、上記各モー
タ１３ａに対する駆動用の制御データを算出するもので
ある。

【００４９】上記モータ制御部４４は、上記演算部４３
からの制御データにもとづいて、上記各モータ１３ａの
駆動を制御するものである。さて、平行度の調整、たと
えば、他品種の半導体チップに対するボンディング動作
（品種交換）にともなうボンディング・ツール３１の交
換時においては、図示していない移動機構により、上記
ボンディング・ツール３１をボンディング部位から平行
度計測部位に移動する。

【００５０】そして、計測用部材３３の４つの計測位置
６１〜６４における距離をレーザ変位計４１により順に
測定し、それぞれ記憶部４２に記憶する。この記憶部４
３に記憶された変位量をもとに、各モータ１３ａの駆動
を個々に制御するための制御データを演算部４３で算出
する。その演算部４３からの制御データにもとづいて、
各モータ１３ａの駆動をモータ制御部４４で制御する。

【００５１】この結果、上記ボンディング・ツール３１
の下面の平行度に合致するように、上記プレート１６が
傾斜される。すなわち、各モータ１３ａによってカム１
３ｂが選択的に駆動されることにより、上記プレート１
６の各辺が上下方向に独立して傾斜される。これによ
り、プレート１６の傾斜にともなってチップ載置ステー
ジ２０が揺動されて、ボンディング・ツール３１の下面
の平行度に倣い合わされる。

【００５２】この発明の実施の一形態の場合、上記した
ような操作を複数回繰り返すことで、チップ載置ステー
ジ２０の平行度が次第にだされ、ボンディング・ツール
３１の下面とチップ載置ステージ２０との平行度が、ボ
ンディング・ツール３１の加工精度やツールホルダ３２
への取り付け精度によらず、チップ面内において、たと
えば４μｍ以下に確実に保たれるようになる。

【００５３】このように、ボンディング・ツール３１の
下面の平行度に合致させるように、チップ載置ステージ
２０の揺動を制御することで、調整の自動化や迅速化が
可能となり、ボンディング・ツール３１とチップ載置ス
テージ２０との平行度を、短時間で、安全、かつ、正確
に調整できるようになる。

【００５４】したがって、このような構成によれば、調
整の容易性を格段に向上でき、高い製品歩留まりで、高
品質・高信頼性の半導体装置を安価に提供できるように
なるものである。

【００５５】上記したように、ボンディング・ツールの
交換時において、ボンディング・ツールの平行度をレー
ザ変位計により非接触で計測し、そのツールの平行度に
合致するようにチップ載置ステージの揺動を自動的に制
御するようにしている。これにより、人為的作業によら
ず、調整の自動化および迅速化を図ることが可能とな
る。したがって、調整に長い時間を要することなく、し
かも、ボンディング・ツールを高温に加熱しておく必要
がないため、安全であり、また、調整者による調整のば
らつきや誤りが生じにくいものである。

【００５６】しかも、製造ライン上での調整が可能とな
るため、イン・プロセス・クオリティ・コントロールが
実現でき、装置の稼働率や生産性の向上にとって大変有
用である。

【００５７】なお、上記した本発明の実施の一形態にお
いては、ＴＡＢテープの各インナリードと半導体チップ
の各電極パッドとを一括接合するインナリード・ボンデ
ィング装置を例に説明したが、これに限らず、たとえば
ＴＣＰの各アウタリードを外囲器の各リード配線に一括
接合するアウタリード・ボンディング装置にも適用でき
る。

【００５８】また、平行度の調整は、ボンディング・ツ
ールの交換時にのみ行う場合に限らず、たとえば定期的
に行うようにすることも可能である。この場合、ボンデ
ィング装置の稼働が一定の期間を経過するごとに、また
は、半導体装置の生産量が所定数に達するごとに、自動
的に調整を行うようにすることによって、より厳格な管
理が可能となる。

【００５９】さらに、ボンディング・ツールの平行度の
計測は、レーザ変位計のような非接触式の計測手段に限
らず、ダイヤルゲージなどの接触式の計測手段を用いて
行うようにしても良い。その他、この発明の要旨を変え
ない範囲において、種々変形実施可能なことは勿論であ
る。

【００６０】

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、接合ツールと載置台との平行度を、短時間で、安
全、かつ、正確に調整することが可能な半導体製造装置
および半導体製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の一形態にかかる、インナリー
ド・ボンディング装置の概略を示す構成図。

【図２】同じく、計測用部材の変位量の測定にかかる動
作を説明するために示す概略図。

【図３】従来技術とその問題点を説明するために示す、
インナリード・ボンディング装置の概略構成図。

【符号の説明】

１１…ＸＹテーブル、１２…ベースプレート、１３…モ
ータ取り付けブラケット、１３ａ…モータ、１３ｂ…カ
ム、１４…ステージ、１５…受け台、１６…プレート、
１７…スプリングポスト、１８…スプリング、１９…半
導体チップ、２０…チップ載置ステージ、２１…ＴＡＢ
テープ、２２…搬送フィーダ・ユニット、３１…ボンデ
ィング・ツール、３２…ツールホルダ、３３…計測用部
材、４１…レーザ変位計、４１ａ…センサ部、４１ｂ…
センサ処理部、４２…記憶部、４３…演算部、４４…モ
ータ制御部。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子を載置する、揺動可能に設け
   られた載置台と、 この載置台上にリードフレームを供給する供給手段と、 この供給手段により供給される前記リードフレームの各
   リード、および前記載置台に載置された前記半導体素子
   の各電極パッドを、熱圧着により一括して接合する接合
   ツールと、 この接合ツールの平行度を計測する計測手段と、 この計測手段による計測結果にもとづいて前記載置台を
   揺動する制御手段とを具備したことを特徴とする半導体
   製造装置。
2. 【請求項２】 前記リードフレームは、ＴＡＢ（Tape A
   utomated Bonding）テープであることを特徴とする請求
   項１に記載の半導体製造装置。
3. 【請求項３】 前記計測手段は三角測量方式のレーザ変
   位計であり、前記接合ツールの測定対象面における変位
   量を非接触式で測定するものであることを特徴とする請
   求項１に記載の半導体製造装置。
4. 【請求項４】 外囲器を載置する、揺動可能に設けられ
   た載置台と、 この載置台上に半導体装置を供給する供給手段と、 この供給手段により供給される前記半導体装置の各リー
   ド、および前記載置台に載置された前記外囲器の各リー
   ドを、熱圧着により一括して接合する接合ツールと、 この接合ツールの平行度を計測する計測手段と、 この計測手段による計測結果にもとづいて前記載置台を
   揺動する制御手段とを具備したことを特徴とする半導体
   製造装置。
5. 【請求項５】 前記半導体装置はＴＡＢテープ上に半導
   体チップが搭載されてなるＴＣＰ（Tape Carrier Packa
   ge）であることを特徴とする請求項４に記載の半導体製
   造装置。
6. 【請求項６】 前記計測手段は三角測量方式のレーザ変
   位計であり、前記接合ツールの測定対象面における変位
   量を非接触式で測定するものであることを特徴とする請
   求項４に記載の半導体製造装置。
7. 【請求項７】 ボンディング・ツールを移動させ、この
   ボンディング・ツールに設けられた計測用部材の複数の
   計測位置にレーザ変位計を順次合わせる工程と、 前記計測用部材の各計測位置におけるレーザ変位計との
   距離をそれぞれ測定する工程と、 前記測定結果より導き出される距離の変位量をもとに、
   チップ載置ステージの挿動量を算出し、この挿動量にし
   たがって前記チップ載置ステージを前記ボンディング・
   ツールの下面の平行度に倣い合わせる工程とを具備した
   ことを特徴とする半導体製造方法。
8. 【請求項８】 前記計測用部材と前記レーザ変位計との
   距離を測定する工程は、測定により得た距離を各計測位
   置ごとに記憶する手段を有してなることを特徴とする請
   求項７に記載の半導体製造方法。