JPS63296248A - ボ−ルバンプ形成方法及びその装置 - 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Ｔ　Ａ　Ｂ　（ＴＡＰＩＩ！　ＡＵＴＯＭＡＴ
ＥＤ　ＢＯＮＤＩＮＧ）方式を利用してテープリード部
と内部接続を行うＬＳＩチップの電極上に金又は銅のボ
ールをボンディングしてバンプを形成するボールバンプ
形成方法及びその装置に関し、特に、良品のＬＳＩのパ
ッドにのみバンプを形成できるようにしたボールバンプ
形成方法及びその装置に関する 〔従来の技術〕 従来のＴＡＢ方式に使用されるＬＳＩチップ上のバンプ
形成方法として、ウェハーの拡散処理工程の一部として
行うものがある。すなわち、ウェハー全体にメッキ処理
等を数回繰り返すことにより、ＬＳＩ電極部（以下パッ
ドと呼ぶ）上に１００μ角、厚さ２０〜３０μのバンプ
を形成するものである。

しかし、従来のバンプ形成方法によると、ウェーハ全体
を処理するために、不良のＬＳＩチップ上にもバンプが
形成される不都合がある。一般に、ウェーハ上のＬＳＩ
チップの良品率は、集積度の向上に伴って低下の傾向が
あり、５０％程度のものも多い。従って、不良のＬＳＩ
にもバンプを形成してしまうと、コストアップを招くほ
か拡散工程でバンプ形成プロセスを必要とするという不
具合がある。

又、ゲートアレー等では、ＬＳＩチップ上で内部接続が
行われないパッドを多数有するものがあるが、同様にＬ
ＳＩチップ上でバンプを選択的に形成できない為にコス
トが高くなるという不具合がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、良品のＬＳ
Ｉのパッドにのみバンプが形成されるようにするため、
ワイヤボンディング法におけるＴ　Ｃ（ＴＨＢＲＭＯ−
ＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮ）法あるいはＴ　Ｓ　（ＴＨｆ
！ＲＭＯ−５ＯＮＩＣ）法を応用してウェハー上の良品
ＬＳＩのパッドにのみボールボンディングし、そのパッ
ド上の接着ボールの直上でワイヤを切断して接着ボール
が残留するようにしたボールバンプ形成方法及びその装
置を提供する。

即ち、本発明のボールバンプ形成方法及び装置は以下の
手段を備えている。

（１１相対移動手段 ボール直上部の金属ワイヤーに（びれ又は強度の弱い部
分を形成するためのもので、キャピラリーの動作中にお
けるワイヤー切断等を防止し、さらにはキャピラリー移
動量を決定するパラメーターの選択範囲が狭い、あるい
は使用する金属細線の硬さが限定される等の不具合をも
解消する。これは、ボールとその上部のワイヤ把持部と
の間に所定のテンションを与えることにより実現する。

（２）　　記憶手段 良品のＬＳＩチップのみにバンプを施すための情報（パ
ッド中心座標、チップ寸法、マツピング情報等）を記憶
するものである。記憶媒体としてフロッピーディスクが
用いられるが、これに限定されるものではない。

（３）　　認識用カメラ 指定された特定の良品ＬＳＩチップを捜し出すためのも
のである。このチップを容易に検出するために、所定の
分解能以上のカメラを用いる。

（４）判定手段 ウェハーの特定のマツピング基準チップの位置づれ量Δ
ＸＯＩ　△Ｙｌ　、△θ。を算出し、ボンディング機構
に対するウェハーのマツピング基準チップとカメラの撮
影中心とが合致するようにウェハーが水平移動される。

（５）　　ボンディング手段 記憶手段に記憶されている良品チップにのみバンブを形
成するものである。認認用カメラによる画像情報と記憶
されているチップの良否情報により、ステージを移動さ
せ、キャピラリー及び角アームの連動操作によりボンデ
ィングする。

〔作　　用〕

以上の方法及び構成により、ボールをＬＳＩのパッド面
に接続後、次のボールがワイヤ先端に形成後に、ボール
直上部のワイヤに所定のテンションが付与され、ボール
直上部のワイヤに（びれ或いは強度の弱い部分が形成さ
れる。これによってワイヤの破断やキャピラリーに対す
る制約がなくなる。

また、良品のＬＳＩチップにのみバンブを施すための情
報を記憶する手段、該手段に基づいてウェイトを位置決
めする手段及び良品チップにのみボンディングを施す手
段により、良品のチップのバンド面のみがボンディング
対象として選択され、バンブが形成される。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図（ａ）〜（ｋ）は本発明のボールバンプ形成方法
を実現する手順の説明図であり、ワイヤー突起物の短い
接着ボールをＬＳＩペレット上に形成するための１サイ
クルの動作が示されている。

図（ａ）はボンディングスタート時を示し、予めワイヤ
ー１の先端には、スパークジェネレータの高電圧放電に
よってボール５が形成されている。このボール５とワイ
ヤー１との継ぎ目は、前サイクルで強度が弱められてい
る。ウェーハ上の良品ＬＳＩチップ６は、後述する第３
図のシステムにより、そのアルミニウムパッドの直上方
にキャピラリー４が位１決めされている。テンションク
ランパ２はＷｏ＝１５ｇ以下でワイヤー１を挟持してい
る。

次に、（ｂ）に示すように、カットクランパ３が開き、
それと同時にキャピラリー４が下降を始める。キャピラ
リー４が下降し、金属ボール５がキャピラリー下端のデ
ーバ一部に入り込んだ位置にきた時、図（Ｃ）の状態に
なり、テンションクランパ２はクランプ荷重Ｗ、≧５０
ｇに切り換わる。８１寸法は８０寸法にほぼ等しい値と
し、キャピラリー４の下降距諦がＳ８寸法になった時に
テンションクランパ２の閉荷重を切り換える様に、第３
図に示す開閉荷重切り変えコイル１１に流す電流値を増
加させる。テンションクランパ閉荷重をＷｌに維持した
まま、キャピラリー４を更に下降させＳ２位置にきた状
態を示したのが図（ｄ）である。この時８２寸法は、ワ
イヤー４に負荷される張力がワイヤーの破断荷重を起え
ない範囲である設定値に達した時のキャピラリー４の位
置に等しい。即ち第３図のクランパー斜視図の中でワイ
ヤー４を挟持しながら、そのワイヤーにテンションが負
荷された時テンションクランプアーム１０’の上面に貼
付けられたストレインゲージ８の出力電圧はテンション
力に応じた値を出力する。

従って、テンション力を設定値として、ストレインゲー
ジ８の出力が設定値と等しくなった時が８２位置となり
、その時テンションクランパ２を開放させる様、開閉荷
重切換コイルに流す電流を切換える。この時、完全に開
放させないで、低荷重になる様に電流値を下げてもよい
。

更に、キャピラリー４を下降させ、アルミニウムパッド
上にボール５が着陸した状態を示したのが図（ｅ）であ
る。この時ワイヤーカットクランパ３もワイヤーフィー
ド長ｓ３に応じて開放状態で下降している。この状態で
図（ｆ）に示すようにワイヤーカットクランパ３は閉状
態にされており、ワイヤーが２００ｇ以上の力で把持さ
れる。次に閉状態を維持したままキャピラリー４及びワ
イヤーカットクランパ３が上昇しワイヤー１が接着ボー
ル１６の直上で第２図の様に切断され、図（ｇ）の様に
ワイヤーフィード量がＳ、で安定した長さとなる。この
とき電気トーチ７は図示せぬ機構によりワイヤー先端の
下方に入り込むように駆動される。次に図（ｈ）の状態
になり、電気トーチクがワイヤー先端の下方に完全に入
り込みワイヤー１を片側の電極としてその先端に放電さ
せ、ワイヤー先端に金属ワイヤー溶融によるボール５を
形成する。この時、金属ワイヤー材質に金を使用すると
きは不活性ガスを必要としないが、銅を使用する時には
、アルゴンガス等の雰囲気を使用する。

次に、放電により、ボール形成を完了させた直後、図示
せぬスパークジェネレーターからの放電完了信号を受け
て、カントクランパ３の位置は所定の高さを維持したま
ま、キャピラリー４だけ下降をスタートさせる。下降途
中で電気トーチ７がキャピラリー４の下方から回避した
状態が図（ｉ）に示されている。

さらに図（ｊ）は、設定した下降量Ｓ４迄キヤピラリー
が下降してきた状態を示している。

次に、キャピラリー４は定常位置迄上昇して図（ｋ）の
状態となる。

ここで図（ｊ）の８４寸法は図（ｇ）の８３寸法とほぼ
同寸法に設定することにより、形成されたボールが冷却
される前にワイヤーに張力を与えワイヤーとボールの継
ぎ目にワイヤー径が（びれた部分等の強度の弱い部分を
つくることが出来る。ここで、下降量Ｓ４、下降スピー
ドＶ３４、上昇下降の繰り返し回数を図示されないキー
人力車にて条件設定することが出来、ボンディングへフ
ド２３（後述の第４図に図示）のＤＣサーボモーター及
び駆動制御手段により、確実に設定に応じた動作をさせ
ることができる。

第３図はワイヤーｌに対する各アームの配設状態を示す
ものであり、第３図を参照して各アームの構成および動
作について説明する。

テンションクランパーアーム１０゛の閉動作及び閉荷重
は、テンションクランパアーム１０”の側面に取りつい
ているコイル１１にリード線１３を通して電流を通じる
ことにより、又、その電流値を図示しない操作卓の設定
操作による設定値に応じてＤ−Ａ変換し制御させること
により、選定することが出来る様になっている。開動作
は図示しないバネ荷重、駆動系によりコイル１１に負荷
させる電流をオフさせた時に行われる。

テンションクランパアーム１０”の上面に貼付けられた
ストレインゲージ９は、そのリード線８を通じてアーム
にかかる上下方向の外力に応じた抵抗値を変化させ、ワ
イヤー１にかかる張力に応じてその両端にかかる電圧を
変化させる。従って、ワイヤーの張力が高くなのに従い
出力電圧が高くなり、関係値を校正することにより張力
を電圧に変換して検出させる様になっている。

カン上クランプアーム１４．１４’は図示しない機構に
より上下動作及び開閉動作するようになっている。閉荷
重は２００ｇ以上かかっており、スプリング荷重又はソ
レノイド荷重により負荷する様になっている。上下動作
はボンディングアーム１７の上下動作に同期させて行っ
ている。

ボンディングアーム１７はＤ−Ｃサーボモーターの回転
運動をカム機構あるいはリンク機構を応用して上下動作
とし、モーターの回転動作をデジタル的にパルス列に変
換しフィードバンクすることにより上下動作スピード及
び移動距離を、任意に設定したスムーズな軌跡で動かす
ことが出来る様になっている。

第４図は本発明の一実施例を示すボールバンプ形成装置
の正面図である。

第４図において、２０はウェハーを撮影するカメラ、２
１はワイヤスプール、２２はワイヤスプール２１を固定
するスプールホルダ、２３はカメラ２０及びスプールホ
ルダ２２を支持するとともにテンションクランパアーム
１０、ボンディングアーム及びカン上クランプアーム２
４が装着されたボンディングヘッド、２５はワイヤガイ
ド、２７はボンディングヘッド２３を装着するＸＹステ
ージ、２８はボンディングヘッド２３を移動させるＤＣ
サーボモーター、２９は各部材を固定載置するとともに
内部の制御部等を内蔵した筐体、３０はカメラ２０に装
着されたレンズ系、３１はウェハー、３２はウェハー３
１を載置するボンディングステージ、３３はウェハー３
１を位置決めするストッパ、３４はチューブ、３５はフ
ロッピーディスク１５が装着されるフロッピーディスク
ＷＺである。

以上の構成において、ウェハー３１は図示されない供給
機構によって自動的にボンディングステージ３２上に送
られ、ストッパー３３をウェハー３１のオリエンテーシ
ョンフラット部分に合わせる様にして！！置されたあと
、ボンディングステージ３２上面につくられた真空溝に
連通されているチューブ３４を経由して真空にて、吸着
固定されている。

ボンディングステージ３２ばカートリッジヒーター１９
が挿入されており、図示しない温調計、熱電対によりそ
の上表面温度が例えば±５℃になる様に加熱制御されて
いる。又、このステージは筺体２９に固定されている。

ボンディングヘッド２３上にはウェハー位置検出用カメ
ラ２０がウェハー３１の上面に焦点が合うよう、そのレ
ンズ系３０が調節されて取りつけられている。レンズ系
の倍率は例えば４倍〜８倍のものが使われ、認識の１画
素分解能、例えば、°４μ〜°８μ程である。従って、
認識の精度は、±４μ〜８μを得ることが可能である。

又、キャピラリー１８を支持するボンディングアーム１
７、カットクランプアーム１４、テンションクランパア
ーム１０及びそれらの駆動機構及びセンサー類が配備さ
れている。金属ワイヤーはワイヤースプール２１に巻か
れて図の経路の様に解き出され、ワイヤーガイド２５を
経由して第３図に示すようにキャピラリー４に導かれて
いる。ボンディングヘッド２３は各軸のＤＣサーボモー
ター２８により、計算座標どうりに正確に位置決めされ
る。

Ｘ−Ｙステージ２７の移動範囲は例えば°２００であり
、分解能は２．５μ／ｐｕｌｓｅである。ＬＳ１品種ご
とのパッド中心座標、ＬＳＩチップ寸法、ウェハー上の
マツピング情報、その他ボンディング荷重データー等の
パラメーター、認識パラメーター等を記憶するために設
けられているのがフロッピーディスク装置３５であり、
これに装着されるフロッピーディスク１５には上記デー
ター数品種分が記録されている。品種変更時には、その
ディスク１５の交換によって対応することになる。

ウェハー検査装置でつくられるマツピング情報は、第５
図に示すようにウェハーのオリエンテーションフラット
に近接する不良ＬＳＩチップの最も左にあるものをマツ
ピング基準チップ２６として、そのチップから、Ｘ方向
ｎチップ目、Ｙ方向ｍチップ目が良品であるべ（、行列
式の要領でフロッピーディスクに記録させである。マツ
ピング基準チップ２６には、ウェハー検査装置でマツピ
ング基準チップの上面に、レーザーマークあるいはイン
ク打点にてマーキングがなされており、ボールバンプボ
ンダー認識装置によって検出される大きさにより、その
位置精度はチップのほぼ中心の±０．３ｍｍの範囲に入
る様に付けられている。

ボンディングヘッド２３上のカメラは、まず、マツピン
グ基準チップを探査すべく、Ｘ−Ｙステージ２７の移動
にて像を取り込み、判断しながらスキャンしていく。そ
こで、マツピング基準チップ２６が探査完了すると、そ
のチップ上を２箇所、パターンマツチング法を用いて認
識する。このパターンマツチング用のレファレンスパタ
ーンは、それ以前に認識したデーターとして、フロッピ
ーディスクの中に記録されており、そのデーターを利用
して、このマツピング基準チップの△Ｘ０、△Ｙ０、△
θ。を計算し、マツピング基準チップ２６の中心とカメ
ラの中心が合致する様にＸ−Ｙステージ２７を移動させ
る。

次に、マツピング情報を利用してマンピング基準チップ
から一番近い良品ＬＳＩチップ（ｍ行、ｎ列目）の位置
にカメラの中心が位置する様Ｘ−Ｙステージを移動させ
る。この移動時には、上記△θ。はそのままステージ移
動計算に使われる（第６図）。

次に、その良品ＬＳＩチップ上の２箇所を同様にパター
ンマツチング法を用いて認識して、△Ｘｌ、△Ｙｌ、△
θ１を得る。その値をもとにバッド中心座標を座標変換
し、前記ボールバンプボンディングをＬＳＩチップ１チ
ップ分完了する。

それ以降のボンディングについては、ＬＳＩチップ寸法
、マツピング情報、バンド中心座標を利用し、それに膨
張係数を掛は合わせて、ウェハー１枚分のボールバンプ
ボンディングを完了する。

第７図（ａ）〜（ｋ）は本発明方法の他の実施例を示す
工程図である。

本実施例は図（ａ）〜（ｈ）までが第１図と同一であり
、従って重複する説明を省略する。第７図において、図
（ｈ）にて放電を行い、ボールを形成した直後、図示せ
ぬスパークジェネレーターからの放電完了信号を受けて
、キャピラリー４の位置は所定の高さを維持したまま、
カットクランパ３の閉を維持したまま上昇スタートをさ
せる。上昇ストロークＳ、はＳ、とほぼ同寸法をとり、
上限迄上りきった状態が図（ｋ）の状態になる。ここで
、上昇量ＳＳ、上昇スピードＶ３５、上昇下降の繰り返
し回数を設定することが出来、それによりボール直上部
に強度の弱い部分を形成している。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明によれば、ボールボンディン
グ法を応用し、ボールを形成した後、ＬＳＩチップに接
着する前にボールとワイヤ一部の境目の強度を弱くする
ことができる結果、ワイヤー突起部の小さい安定した接
着ボールが連続してボンディング出来るとともに、ウェ
ハ一単位で、その上の良品ＬＳＩチップにのみ選択的に
効率良くボンディング出来るのでバンプ形成時のコスト
を大幅に低下させることが出来るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｋ）は本発明方法を実現する製造工程
の説明図、第２図は本発明による接着ボールワイヤの切
断直後の状態を示す正面図、第３図はワイヤと各アーム
の配置関係を示す斜視図、第４図は本発明のボールバン
プ形成装置を示す正面図、第５図及び第６図はウェハー
の位置決め説明図、′第７図（ａ）〜（ｋ）は本発明の
他のボールバンプ形成方法を実現する製造工程の説明図
である。 符号の説明 １・・・・・・・・・・・・・・・金属ワイヤー２・・
・・・・・・・・・・・・・カットクランパ３・・・・
・・・・・・・・・・・テンションクランパ４・・・・
・・・・・・・・・・・キャピラリー５・・・・・・・
・・・・・・・・ボール６・・・・・・・・・・・・・
・・ＬＳＩチップ７・・・・・・・・・・・・・・・電
気トーチ８・・・・・・・・・・・・・・・ゲージリー
ド線９・・・・・・・・・・・・・・・ストレインゲー
ジ１０・・・・・・・・・・・・・・・テンションクラ
ンパーアーム１１・・・・・・・・・・・・・・・コイ
ル１２・・・・・・・・・・・・・・・アーマチャー１
３・・・・・・・・・・・・・・・コイルリード綿１４
・・・・・・・・・・・・・・・カントクランパアーム
１５・・・・・・・・・・・・・・・フロッピーディス
ク１６・・・・・・・・・・・・・・・接着ボール１７
・・・・・・・・・・・・・・・ボンディングアーム１
９・・・・・・・・・・・・・・・カートリッジヒータ
２０・・・・・・・・・・・・・・・カメラ２１・・・
・・・・・・・・・・・・スプール２２・・・・・・・
・・・・・・・・スプールホルダ２３・・・・・・・・
・・・・・・・ボンディングヘッド２５・・・・・・・
・・・・・・・・ワイヤーガイド２６・・・・・・・・
・・・・・・・マツピング基準チップ２７・・・・・・
・・・・・・・・・Ｘ−Ｙステージ２８・・・・・・・
・・・・・・・・ＤＣサーボモータ２９・・・・・・・
・・・・・・・・筐　　体３０・・・・・・・・・・・
・・・・レンズ系３１・・・・・・・・・・・・・・・
ウェハー３２・・・・・・・・・・・・・・・ボンディ
ングステージ３３・・・・・・・・・・・・・・・スト
ッパー３４・・・・・・・・・・・・・・・チューブ３
５・・・・・・・・・・・・・・・フロッピーディスク
装置特許出願人　　日本電気株式会社 代理人　　　　弁理士　平　１）忠　離業７図 （ａ）　　　　　（ｂ）　　　　　（ｃ）　　　　　（
ｄ）　　　　　（ｅ）（ｆ）　　（９）　　（ｈ）　　
（ｉ）　　（ｉ）（ｋ） ６・・・・・・・・・・・・・・ＬＳＩチップ１・・・
・・・・・・・・・・・・金属ワイヤー２・・・・・・
・・・・・・・カントクランパ３・・・・・・・・旧・
・テンンッンクランパ４・・・・・・・・・・・・・・
・キャピラリー５・・・・・・・・・・・・・・ボール
６・・・・・・・・・・・・・ＬＳＩチップ７・・・・
・・・・・・・・・・電気トーチ８・・・・・・・・・
・・・・・・ゲージリード線９・・・Ｎ１・・・・・ス
トレインゲージ！０・・・・・・・・・旧・ｒテンノタ
ンクランバーアームエト・・・・・・・・・・・コイル １２・・・・・・・・・・・・・・アーマチャー１３・
・・・・・・・・・・・・・・コイルリード綿１４・・
・・・・・・・・・・・・・カントクランパアーム＋５
・・・・旧・・・・・・フロンピーディスク１６・・・
・・・・・・・・・・・・接着ボール１７・・・・・・
・・＝・・・・・ボンディングアーム第２図 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属ワイヤーの先端に形成されたボールをキャピ
   ラリーの下降動作によってＬＳＩのパッド面に圧接させ
   ながら前記ボールと前記パッド面の界面を合金化して接
   続するポールバンプの形成方法において、 前記ボールの形成後に、このボールの直上部のワイヤー
   にくびれ又は強度の弱い部分が生じるように、前記キャ
   ピラリーと前記ワイヤを把持しているクランパとが離間
   するように相対移動させることを特徴とするボールバン
   プ形成方法。
2. （２）前記相対移動は、前記ボールの形成直後の該ボー
   ルの冷却前に行うことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のボールバンプ形成方法。
3. （３）前記相対移動は、前記キャピラリーの上方に設け
   られたテンションクランパによる前記ワイヤの把持中に
   、前記キャピラリーを降下させることにより行うことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のボールバンプ形
   成方法。
4. （４）金属ワイヤーの先端に形成されたボールをキャピ
   ラリーの下降動作によってＬＳＩのパッド面に圧接させ
   ながら前記ボールと前記パッド面の界面を合金化して接
   続するボールバンプの形成装置において、 半導体ＩＣチップのパッド中心座標、チップ寸法及びウ
   ェハー上のチップの良否に関するマッピング情報を記憶
   する記憶手段と、 ボンディングステージに載置されたウェハーを撮影する
   認識用カメラと、 前記記憶手段の情報に基づいて特定の良品ＬＳＩチップ
   に前記カメラを走査させ、そのチップの位置ずれ量を検
   出する判定手段と、該判定手段による位置ずれ量及び前
   記記憶手段の記憶情報に基づいて前記ウェハーを適正位
   置に位置決めしたのち前記ウェハー上の良品ＬＳＩチッ
   プのパッドにのみ連続的にバンプを形成するボンディン
   グ手段とを具備することを特徴とるすボールバンプ形成
   装置。