KR100787386B1 - 본딩 장치 - Google Patents

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capillary
wire
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가즈오 후지타
도오루 마에다
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가부시키가이샤 신가와
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Abstract

본딩 장치에서, 표면처리와 본딩처리를 효율적으로 행하는 것이다.
본딩 장치는 고주파 코일(50)이 선단부에 감기고 본딩 와이어(2)가 삽입되는 캐필러리(40)와, 본딩 와이어(2)의 선단 위치를 변경하는 위치변경부와, 캐필러리(40)에 가스를 공급하는 가스공급부와, 고주파 코일(50)에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력공급부를 포함한다. 본딩 와이어(2)가 플라즈마 영역(52)의 밖에 있을 때는, 플라즈마 영역(52)에서 생성되는 마이크로 플라즈마가 개구(48)로부터 분출하여, 본딩 대상의 표면을 제거한다. 본딩 와이어(2)가 플라즈마 영역(52)의 속에 삽입되면, 본딩 와이어(2)의 재료가 미립자화 되고, 그 스퍼터링 된 금의 미립자를 포함하는 마이크로 플라즈마(303)가 개구(48)로부터 분출하여, 본딩 대상의 표면에 본딩 와이어(2)와 동일한 재료가 퇴적된다.
본딩 툴, 본딩 처리부, 고주파 코일, 플라즈마 캐필러리, 마이크로 플라즈마 발생부, 본딩 대상물, 위치변경 수단, 제어부, 본딩 장, 절연체, 가스공급 수단, 위치변경 수단

Description

본딩 장치{BONDING DEVICE}
도 1은 본 발명에 따른 실시형태에서의 와이어 본딩 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시형태에서, 표면처리와 본딩처리를 행하는 캐필러리를 선단에 갖는 암을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시형태에서, 표면처리에 관계되는 요소의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시형태에서, 마이크로 플라즈마 발생부의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시형태에서, 표면의 제거처리에서의 마이크로 플라즈마의 생성의 모양과, 퇴적처리에 있어서의 마이크로 플라즈마의 생성의 모양을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 실시형태에서, 본딩 대상에 마이크로 플라즈마가 조사되는 모양을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 실시형태에서, 표면의 제거 및 퇴적을 포함하는 표면처리와 본딩처리를 연동하여 행하게 하는 수순을 도시하는 공정도이다.
도 8은 다른 실시형태로서, 범프 본딩 장치의 동작을 도시하는 공정도이다.
도 9는 다른 실시형태로서, 2스테이지 2캐필러리형 와이어 본딩 장치의 구성 을 도시하는 도면이다.
도 10은 다른 실시형태로서, 2스테이지 2캐필러리형 와이어 본딩 장치에서, 표면의 제거 및 퇴적을 포함하는 표면처리와, 본딩처리를 연동하여 행하게 하는 수순을 도시하는 공정도이다.
도 11은 다른 실시형태로서, 2스테이지 2캐필러리형 범프 본딩 장치의 동작을 도시하는 공정도이다.
도 12는 다른 실시형태로서, 플립 칩 본딩 장치의 동작을 도시하는 공정도이다.
도 13은 다른 실시형태로서, 1스테이지 2캐필러리형의 와이어 본딩 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 14는 다른 실시형태로서, 1스테이지 2캐필러리형의 와이어 본딩 장치의 암을 도시하는 도면이다.
도 15는 다른 실시형태로서, 1스테이지형 와이어 본딩 장치에서, 다른 암 구성의 예를 도시하는 도면이다.
(부호의 설명)
2 본딩 와이어 3 범프
4 본딩 리드 5 본딩 패드
6 칩 7 회로기판
8 본딩 대상 10, 100, 200 와이어 본딩 장치
12 반송 기구 14 표면처리용 스테이지
16, 204 본딩용 스테이지 20 본딩용 XYZ 구동기구
21 본딩 암 22 본딩 암 본체
24 본딩 캐필러리 26 콜릿
30 표면처리용 XYZ 구동기구 31, 103, 120 암
32, 104 암 본체 34 마이크로 플라즈마 발생부
40 (플라즈마) 캐필러리 42 (플라즈마 캐필러리) 본체
44 관통구멍 46 선단부
48 개구 50 고주파 코일
52 플라즈마 영역 60 가스공급부
62 전환 박스 64 혼합 박스
66 산소 가스원 68 수소 가스원
70 아르곤 가스원 80 고주파 전력공급부
82 정합회로 84 고주파 전원
90 제어부 102, 202 XYZ 구동기구
106 처리 스테이지 122 기부
124 본딩 암 본체 126 플라즈마 암 본체
206 위치변경부 208 스풀
210 클램퍼 212 와이어 위치 구동부
301 환원성 마이크로 플라즈마 302 산화성 마이크로 플라즈마
303 스퍼터링 된 금의 미립자를 포함하는 마이크로 플라즈마
본 발명은 본딩 장치에 관한 것이며, 특히 본딩 대상에 대해 표면처리를 행한 후 본딩처리를 행하는 본딩 장치에 관한 것이다.
본딩 장치로서, 칩의 전극부와 회로기판의 리드 단자 사이를 금속 세선(細線)으로 접속하는 와이어 본딩 장치가 알려져 있다. 금속 세선이 접속되는 칩의 전극부는 본딩 패드라고 불리고, 회로기판의 리드 단자는 본딩 리드라고 불리는 경우가 있는데, 이것들에 금속 세선을 초음파 접속기술 또는 열압착 접속기술 등을 사용하여 접속할 때에, 이것들의 표면상태의 중요성이 인식되고 있다. 즉, 본딩 패드의 금속층 또는 본딩 리드의 금속층의 표면이 오염되거나, 또는 이물이 있으면, 금속 세선과의 사이에서 양호한 전기적 접합을 행할 수 없고, 또 기계적 접합강도도 약하다.
그 때문에, 한가지로는, 금속층을 미리 보호해 두는 것이 제안된다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 반도체장치 등이 개시되고, 여기에서는, 구리 또는 구리계 합금을 배선재료에 사용하는 반도체장치의 본딩 와이어 결선용 전극 패드를 다층구조로 하는 것이 기술되어 있다. 즉, 반도체기판 위에 오목부를 형성하고, 그 오목부에 하층으로부터 구리막, 확산방지막, 산화방지막의 순으로 성막한다. 또, 구리막의 하면과 접속하는 구리계 앵커층이 반도체장치의 절연막층에 메워 넣어진다. 확산방지층은 TiN, W 등이며, 산화방지막은 Al, Au, Ag 등을 주체로 한 합금이다. 이것들은 모두 오목부의 속에 형성되고, 화학기계연마(CMP)에 의해, 이것 이외의 부분에 퇴적한 확산방지막, 산화방지막은 제거되어, 절연막과 동일한 높이의 전극 패드가 얻어진다.
또 한가지로는, 본딩처리를 행하기 전에, 본딩 패드 또는 본딩 리드의 표면처리를 행하는 것을 시도할 수 있다. 예를 들면, 특허문헌 2에는, 피접속표면을 클리닝 하고나서 와이어 본딩을 행하는 장치 등이 개시되고, 거기에서는, 플라즈마 제트부와 와이어 본딩부가 일체로 구성되는 와이어 본딩 장치가 기술되어 있다. 플라즈마 제트부는, 외측 유전체관과 내측 유전체관으로 이루어지는 동축의 이중구조이며, 외측 유전체관에는 접지된 원추형 전극이, 내측 유전체관의 내부에는 환봉 형상의 고주파 전극이 각각 설치되고, 이 사이에 예를 들면 아르곤 가스를 도입한 뒤에 대기중 글로우 방전을 일으키게 하여, 저온 플라즈마를 생기게 한다. 이와 같이 하여 발생한 플라즈마를 가스분출구로부터 분출시키고, BGA 기판의 전극 위에 노출시켜, 이 위에 있는 컨터미네이션을 제거하고, 그 후 와이어 본딩을 행한다.
또, 특허문헌 3에는, 플라즈마처리 장치 등이 개시되고, 여기에서는, 안정한 글로우 방전에 의한 플라즈마처리를 행하기 위해서, 스트리머 방전을 억제하는 방법으로서, 전극을 냉각하는 것 등이 기술되어 있다. 이 플라즈마처리 장치를 사용한 시스템으로서, 벨트 컨베이어 등으로 반송되는 IC 탑재 회로기판의 전자부품을 둘러싸는 복수의 본딩 패드의 표면처리를 행하는 것이 기술되어 있다. 여기에서는, 기판의 각 본딩 패드의 좌표를 읽어 들이고, 그 좌표에 따라서 플라즈마 제트의 송풍 위치의 이동을 제어하고, 순차적으로 보냄으로써, 본딩 패드에만 플라즈마 처리를 행한다.
또, 특허문헌 4에는 마이크로 플라즈마 CVD장치가 개시되고, 거기에서는 절연재료로 이루어지는 통 형상의 플라즈마 토치의 가늘게 되어 있는 선단부에 고주파 코일을 설치하고, 플라즈마 토치 내에 와이어를 통과시키는 구성에 있어서, 플라즈마 토치 내의 와이어와 고주파 코일 사이에서 고주파 전력에 의한 유도 플라즈마를 생기게 하는 것이 기술되어 있다. 여기에서, 플라즈마 토치의 선단의 직경은 약 100㎛이고, 이것에 의해 200㎛ 정도의 영역에, 고밀도 마이크로 플라즈마를 사용하여, 카본 등의 재료를 대기중에서 퇴적시킬 수 있는 것으로 기술되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특개2001-15549호 공보
[특허문헌 2] 일본 특개2000-340599호 공보
[특허문헌 3] 일본 특개평11-260597호 공보
[특허문헌 4] 일본 특개2003-328138호 공보
본딩처리를 행하기 전에, 본딩 패드 또는 본딩 리드의 표면처리를 행하는 종래기술 중, 특허문헌 2 및 3의 기술은 글로우 방전에 의해 플라즈마화 한 가스를 사용하고 있다. 이 방법은 용량 결합형의 플라즈마 발생방법이고, 방전을 수반하므로, 소자에의 손상 등의 영향이 있다. 따라서, 본딩처리와 같이 그 후 어닐링 처리가 곤란한 물건에의 적용은 한정되게 된다.
또, 특허문헌 4의 기술은 고주파 코일에 의한 유도 플라즈마를 사용하는 것으로, 소위 유도 결합형의 플라즈마 발생방법에 속한다. 일반적으로 유도 결합형 플라즈마는 열플라즈마이며, 플라즈마 온도는 고온이어서, 그 상태로는 소자에 손상을 준다. 특허문헌 4의 마이크로 플라즈마 기술은, 이 열플라즈마를 극히 좁은 공간에서 안정하게 발생시키는 기술을 개시하고 있고, 그것에 의하면, 한정된 작은 영역에 플라즈마를 조사할 수 있어, 열적 손상을 주는 일이 적다. 이것들로부터, 특허문헌 4의 마이크로 플라즈마 기술은 본딩처리 전의 표면처리에 사용 가능하다고 생각된다.
그런데, 와이어 본딩 장치 등은, 현재 고정밀도화, 고속화 등의 요구가 강하고, 와이어를 유지하고 본딩처리를 행하는 본딩 헤드의 이동은 고정밀도의 위치결정을 고속으로 행하고 있다. 따라서, 본딩처리 전에 표면처리를 행하기 위해서는, 이 고속화의 본딩 장치 특유의 요구 등을 고려하지 않으면 안된다. 인용문헌 3, 4는 본딩처리와의 관계를 고려하지 않고, 인용문헌 2는 플라즈마 제트부와 와이어 본딩부와의 일체 구성의 구체적 내용이 기술되어 있지 않다.
이와 같이, 종래기술의 본딩 장치에서는, 본딩 대상에 대한 표면처리와 본딩처리를 효율적으로 행하는 것이 곤란하다. 여기에서, 본딩 대상의 표면처리를 제거처리와 퇴적처리로 대별할 수 있고, 제거처리로서는, 산화, 환원, 에칭 등에 의해 본딩 대상의 표면의 산화막 또는 유기물 등의 이물을 제거하여 청정면으로 하고, 퇴적처리로서는, 본딩성이 좋은 재료, 예를 들면, 본딩 와이어와 동일한 금을 본딩 대상의 표면에 퇴적시킨다. 상기 종래의 마이크로 플라즈마 기술에서는 재료의 제거와 퇴적이 가능하지만, 그것을 어떻게 본딩 기술과 결부시킬지가 미해결이다.
본 발명의 목적은 본딩 대상에 대한 표면처리와 본딩처리를 효율적으로 행하는 것을 가능하게 하는 본딩 장치를 제공하는 것이다. 또, 다른 목적은, 마이크로 플라즈마에 의한 본딩 대상에 대한 표면처리를 가능하게 하는 본딩 장치를 제공하는 것이다. 또, 다른 목적은, 마이크로 플라즈마에 의해, 본딩 대상의 표면을 제거한 후, 적당한 재료를 퇴적시키는 것을 가능하게 하는 본딩 장치를 제공하는 것이다. 이하의 수단은 이들 목적중 적어도 하나에 공헌하는 것이다.
본 발명에 따른 본딩 장치는, 본딩 툴을 사용하여 본딩 대상에 본딩처리를 행하는 본딩 처리부와, 선단부에 감긴 고주파 코일을 갖는 플라즈마 캐필러리를 포함하고, 고주파 코일에의 전력공급에 의해, 플라즈마 캐필러리의 내부에서 플라즈마화 한 가스를 플라즈마 캐필러리의 선단부의 개구로부터 본딩 대상에 분출시켜 표면처리를 행하는 유도 결합형의 마이크로 플라즈마 발생부와, 플라즈마 캐필러리 속에 삽입되는 소정 재료의 세선의 선단 위치를 플라즈마 캐필러리의 내부에서 가스가 플라즈마화 하는 플라즈마 영역과의 관계에서 변경하는 수단이며, 세선의 선단 위치가 플라즈마 영역의 외측에 있고, 본딩 대상물의 표면을 플라즈마화 한 가스로 제거하는 제거 위치와, 세선의 선단 위치가 플라즈마 영역의 내측에 있고, 세선의 재료를 플라즈마화한 가스와 함께 본딩 대상물에 분출시켜서 퇴적시키는 퇴적 위치와의 사이에서 변경하는 위치변경 수단과, 위치변경 수단에 의해 마이크로 플라즈마 발생부에서의 세선 위치를 표면제거 위치로 이동시켜서 본딩 대상물의 표면을 제거한 뒤, 세선 위치를 퇴적 위치로 이동시켜서 본딩 대상물에 소정 재료를 퇴 적시키는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 본딩 장치는, 절연체로 구성되는 통 형상의 캐필러리이며, 고주파 전력이 공급되는 고주파 코일이 선단부 외주에 감기고, 내부에 본딩 와이어가 삽입 통과시켜지는 캐필러리와, 캐필러리 내부에 가스를 공급하는 가스공급 수단과, 본딩 와이어의 선단 위치를 변경하는 위치변경 수단과, 와이어 본딩처리를 제어하는 제어부를 구비하고, 위치변경 수단은 캐필러리 속에 삽입되는 본딩 와이어의 선단 위치를 와이어 본딩 하기 위한 본딩처리 위치와, 캐필러리에 가스가 공급되고 고주파 코일에 고주파 전력이 공급될 때에 캐필러리의 내부에서 가스가 플라즈마화 하는 플라즈마 영역의 외측이고, 본딩 대상물의 표면이 플라즈마화 한 가스로 제거되는 제거 위치와, 플라즈마 영역의 내측이고, 본딩 와이어의 재료를 플라즈마화 한 가스와 함께 본딩 대상물에 분출시켜 퇴적시키는 퇴적 위치의 사이에서 변경하고, 제어부는 위치변경 수단에 의해 본딩 와이어의 위치를 표면제거 위치로 이동시켜 본딩 대상물의 표면을 제거한 뒤, 본딩 와이어의 위치를 퇴적 위치로 이동시켜 본딩 대상물에 본딩 와이어의 재료를 퇴적시키고, 다음에 본딩 와이어의 위치를 본딩처리 위치로 이동시키고, 본딩 와이어의 재료가 퇴적된 부위에 본딩처리를 행하게 하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 본딩 장치는 본딩 캐필러리를 갖는 본딩 암을 사용하여 본딩 대상에 본딩처리를 행하는 본딩 처리부와, 선단부에 감긴 고주파 코일을 갖는 플라즈마 캐필러리이며, 고주파 코일에의 전력공급에 의해, 플라즈마 캐필러리의 내부에서 플라즈마화 한 가스를 플라즈마 캐필러리의 선단부의 개구로부터 본딩 대 상에 분출시켜 표면처리를 행하는 플라즈마 캐필러리와, 플라즈마 캐필러리를 선단에 갖는 플라즈마 암을 사용하여 본딩 대상에 표면처리를 행하는 플라즈마 처리부와, 플라즈마 캐필러리 속에 삽입되는 소정 재료의 세선의 선단 위치를 플라즈마 캐필러리의 내부에서 가스가 플라즈마화 하는 플라즈마 영역과의 관계에서 변경하는 수단이며, 세선의 선단 위치가 플라즈마 영역의 외측에 있고, 본딩 대상물의 표면을 플라즈마화 한 가스로 제거하는 제거 위치와, 세선의 선단 위치가 플라즈마 영역의 내측에 있고, 세선의 재료를 플라즈마화 한 가스와 함께 본딩 대상물에 분출시켜 퇴적시키는 퇴적 위치의 사이에서 변경하는 위치변경 수단과, 본딩 암의 동작과, 플라즈마 암의 동작을 연동하여 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는 위치변경 수단에 의해 플라즈마 캐필러리에서의 세선 위치를 표면제거 위치로 이동시켜 본딩 대상물의 표면을 제거한 뒤, 세선 위치를 퇴적 위치로 이동시켜 본딩 대상물에 소정 재료를 퇴적시키고, 다음에 본딩 처리부에 의해, 소정 재료가 퇴적된 부위에 본딩처리를 행하게 하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 본딩 장치에 있어서, 본딩 처리부는 본딩용 스테이지에 유지된 본딩 대상에 대해 본딩처리를 행하고, 플라즈마 처리부는 본딩 처리부에서 처리되는 본딩 대상과 동 종류이며 표면처리용 스테이지에 유지된 본딩 대상에 대하여 표면처리를 행하고, 제어부는 동 종류의 각 본딩 대상과 동일한 부위에서 각각 본딩처리와 표면처리를 연동해서 행하게 하는 제어를 하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 따른 본딩 장치에서, 제어부는 동일한 본딩 대상에 대해 본딩처리와 표면처리를 연동하여 행하게 하는 제어를 하는 것이 바람직하다.
또, 제어부는 본딩 암과 플라즈마 암을 일체로 하여 이동시키는 제어를 하는 것이 바람직하다.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
이하에 도면을 사용하여 본 발명에 따른 실시형태에 대해 상세하게 설명한다. 이하에서는, 칩의 본딩 패드와 기판의 본딩 리드에 관한, 표면처리와 본딩처리에 대해, 특히 통상의 와이어 본딩에 대해 상세하게 설명한다. 여기에서 통상의 와이어 본딩 기술이란, 기판상에 탑재된 칩의 본딩 패드에 와이어의 퍼스트 본딩을 행하고, 그 와이어를 연장시켜 본딩 리드에 세컨드 본딩을 행하는 것이다. 본딩 패드와 본딩 리드에 관한 접속기술은, 본딩 대상의 성질에 따라, 와이어 본딩 기술 이외에도, 칩을 적층하는 스택 소자에서의 와이어 본딩, 플립 칩을 형성하는 기술, COF(Chip on Film) 기술, BGA(Ball Grid Array) 기술 등 여러 기술이 사용된다. 이하에서는 일반적인 와이어 본딩 기술 이외에, 가능한 한 많은 실시예를 설명하지만, 이것들 이외의 본딩 패드와 본딩 리드에 관한 표면처리와 본딩처리에 대해서도, 본 발명을 적용할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본딩처리란, 와이어 본딩에만 한정되지 않고, 널리 칩의 본딩 패드와 기판의 본딩 리드에 관한 접속처리를 의미하는 것으로 하므로, 따라서, 본딩처리에 사용하는 본딩 툴은 와이어 본딩의 경우에 있어서 와이어를 삽입 통과시키는 캐필러리이지만, 그 밖의 기술에서는 반드시 캐필러리가 아닌 경우가 있다. 예를 들면, COF의 경우에는, 칩을 파지하여 본딩하는 콜릿이 본딩 툴이 된다.
또, 이하에서, 표면처리는 본딩 패드 및 본딩 리드의 쌍방에 적용하는 것을 기본으로 설명하지만, 구체적인 본딩 대상의 성질에 따라서는, 어느 한쪽을 생략하는 것도 가능하다.
또, 표면처리를 제거처리와 퇴적처리로 대별해서, 제거처리로서는 산화, 환원, 에칭 등이 있다. 이하에서는, 표면처리에 사용하는 캐필러리를 1개로 하고, 표면의 제거처리의 내용은 가스원의 전환으로 행하는 것으로 하여 설명하는데, 가스 전환의 지연을 없애기 위해서, 표면처리에 사용하는 캐필러리를 미리 복수 탑재하고, 각각을 상이한 표면처리용으로 할 수도 있다.
(실시예 1)
도 1은 표면처리와 본딩처리를 행할 수 있는 와이어 본딩 장치(200)의 구성도이다. 또한, 와이어 본딩 장치(200)의 구성요소는 아니지만, 본딩 대상(8)으로서 기판에 탑재된 칩이 도시되어 있다. 와이어 본딩 장치(200)는 본딩 대상(8)에 대하여, 본딩을 행하는 좁은 영역, 구체적으로는 칩의 본딩 패드와 기판의 본딩 리드에, 본딩처리 전의 표면처리를 플라즈마화 한 가스의 작용에 의해 행하고, 그 후에 본딩처리를 행하는 기능을 갖는 와이어 본딩 장치이다.
보다 구체적으로는 본딩 패드 및 본딩 리드에 대한 표면처리로서, 그 표면의 산화막이나 유기물의 이물 등을 제거처리 하고, 그 후에 본딩 와이어와 동일한 재료를 퇴적시키는 처리를 행한다. 그리고 그 표면에 대해 제거·퇴적처리가 된 본딩 패드 및 본딩 리드에 본딩 와이어를 접속처리 하는 기능을 갖는다. 본딩 와이어로서는 금이나 알루미늄 등의 세선을 사용할 수 있다.
와이어 본딩 장치(200)는 본딩 대상(8)을 유지하고 소정의 본딩용 스테이지(204)의 위치에 반송하는 반송 기구(12), 캐필러리(40)를 암 본체(32)의 선단에 부착한 암(31), 암(31)을 이동 구동하는 XYZ 구동기구(202), 캐필러리(40)에 삽입 통과시켜지는 본딩 와이어의 위치를 변경하는 위치변경부(206), 표면처리용의 가스공급부(60), 표면처리용의 고주파 전력공급부(80), 각 요소를 일체로서 제어하는 제어부(90)를 포함하여 구성된다. 여기에서, 캐필러리(40), 가스공급부(60), 고주파 전력공급부(80)는 마이크로 플라즈마 발생부(34)를 구성한다.
XYZ 구동기구(202)는 암(31)을 도 1에 도시하는 X축 방향 및 Y축 방향의 임의의 위치로 이동 구동하고, 그 임의의 위치에서 캐필러리(40)의 선단을 Z축 방향으로 상하 구동할 수 있는 기능을 갖는다. 암(31)은 암 본체(32)와, 그 선단에 부착되는 캐필러리(40)를 포함하여 구성된다. XYZ 구동기구(202)는 암 본체(32)를 탑재하는 고속 XY 테이블과 암 본체(32)를 요동 구동하여 그 선단에 부착된 캐필러리(40)를 상하동시키는 고속 Z모터를 포함하고 구성된다. 위치결정에는, 센서를 사용한 서보기구가 사용된다.
암(31)은, 상기한 바와 같이 암 본체(32)와, 그 선단에 부착되는 캐필러리(40)로 구성되는데, 도시되지 않은 초음파 트랜스듀서에 의해 초음파 에너지를 캐필러리(40)에 공급하고, 캐필러리(40)에 삽입 통과시켜진 본딩 와이어를 본딩 대상(8)에 세게 눌러서 접합시키는 기능을 갖는다. 도 2는 암(31)을 뽑아내고 도시한 것이다. 캐필러리(40)는 이미 알고 있는 바와 같이, 본딩 와이어를 삽입 통과시키는 가는 통 형상의 부재이지만, 마이크로 플라즈마 발생부(34)의 구성요소이기도 하므로, 일반적인 와이어 본딩에 사용되는 일반적 캐필러리와는 몇 가지 점에서 차이가 있다. 그 차이에 대해서는 후술한다.
표면처리에 관계되는 캐필러리(40)의 마이크로 플라즈마 발생 기능, 위치변경부(206), 가스공급부(60), 고주파 전력공급부(80)의 내용을 설명하기 전에, 나머지 구성요소를 먼저 설명한다. 반송 기구(12)는 본딩 대상(8)을 캐필러리(40)의 처리영역인 본딩용 스테이지(204)에 반송하고 그곳에서 위치결정 하여 고정하고, 표면처리를 받게 하고, 이어서 본딩처리를 받게 하는 기능을 갖는다. 이러한 반송 기구(12)는 반송물을 클램핑하여 이동시키는 기구 등을 사용할 수 있다.
제어부(90)는 반송 기구(12), XYZ 구동기구(202), 위치변경부(206), 가스공급부(60), 고주파 전력공급부(80) 등과 접속되고, 이들 요소에 대하여, 본딩 대상(8)에 표면처리를 행하고, 이어서 본딩처리를 행하게 하는 제어를 하는 기능을 갖는 전자회로 장치이다. 이러한 기능은 소프트웨어로 실현할 수 있고, 구체적으로는, 표면처리와 본딩처리를 연동하여 실행하는 수순을 구체화한 와이어 본딩 프로그램을 실행함으로써 실현할 수 있다. 이러한 기능의 일부를 하드웨어로 실현해도 된다.
도 3은 표면처리에 관계되는 요소를 뽑아내서 도시하는 도면이다. 표면처리에 관계되는 요소는 캐필러리(40) 내부에 플라즈마를 생성하고, 이것을 캐필러리(40)의 선단으로부터 분출시키기 위한 마이크로 플라즈마 발생부(34)와, 마이크로 플라즈마가 생성되는 플라즈마 영역과 본딩 와이어(2)의 선단 위치와의 관계를 변경하는 위치변경부(206)로 대별된다.
위치변경부(206)는 본딩 와이어(2)를 공급하는 스풀(208), 본딩 와이어(2)의 움직임을 클램핑 또는 해방하는 클램퍼(210), 스풀(208)의 회전, 클램퍼(210)의 개폐 등을 행하는 와이어 위치 구동부(212)를 포함하여 구성된다. 와이어 위치 구동부(212)의 동작 지령은 제어부(90)의 제어하에서 행해지고, 이것에 의해 스풀(208)의 정역회전의 방향, 회전량, 클램퍼(210)의 개폐의 타이밍 등이 제어되어, 본딩 와이어(2)의 선단 위치를 캐필러리(40) 속에서 상하로 이동시킬 수 있다.
다음에 마이크로 플라즈마 발생부(34)의 상세한 내용을 설명한다. 도 4는 마이크로 플라즈마 발생부(34)의 전체 구성을 도시하는 도면이다. 마이크로 플라즈마 발생부(34)는 상기한 바와 같이 암(32)의 선단에 부착되는 캐필러리(40), 및 이것에 접속되는 가스공급부(60), 고주파 전력공급부(80)를 포함하여 구성된다.
캐필러리(40)는 표면처리와, 본딩처리 쌍방에 겸용하여 사용되고, 본딩 와이어가 삽입 통과시켜지는 통 형상의 부재이다. 표면처리를 행하는 기능을 위해, 캐필러리(40)는 절연체로 이루어지는 통 형상의 캐필러리 본체(42)와, 그 선단부(46)에 가까운 곳의 외주에 감기는 고주파 코일(50)을 포함하여 구성된다. 그리고, 표면처리를 행할 때는, 절연체로 구성되는 가는 통 형상 부재의 내부에서 표면처리용의 마이크로 플라즈마를 발생시키고, 이것을 선단부 개구로부터 분출시켜 본딩 대상에 조사한다. 조사하는 면적은 선단부 개구의 크기 등으로 한정되어, 대단히 좁은 영역이므로, 분출하는 플라즈마를 마이크로 플라즈마라고 부를 수 있다. 따라서, 캐필러리(40)는 마이크로 플라즈마를 사용하여 표면처리를 행하는 관점에서는, 플라즈마 캐필러리라고 부를 수 있는데, 여기에서는 본딩처리에도 사용되므로, 간 단히 캐필러리(40)라고 칭하기로 한다.
캐필러리 본체(42)는 마이크로 플라즈마의 원이 되는 가스가 공급되는 관통구멍(44)을 갖고, 고주파 코일(50)이 감기는 부분을 제외하면, 통상의 본딩에 사용되는 일반적인 캐필러리와 거의 동일한 치수, 동일한 형상을 갖는다. 치수의 일례를 들면, 길이가 약 11mm, 굵은 부분의 직경이 약 1.6mm, 관통구멍(44)의 가스공급측의 직경이 약 0.8mm, 선단부의 개구(48)의 직경이 약 0.05mm이다. 재질도 통상의 본딩에 사용되는 일반적인 캐필러리와 동일하여, 알루미나 등의 세라믹을 사용할 수 있다. 또한, 본딩 와이어(2)의 직경, 본딩 패드의 면적 등에 따라, 선단부의 개구(48)의 크기를 선택할 수 있다.
선단부(46)에 가까운 곳에 감기는 고주파 코일(50)은 권수가 수 턴인 도선이다. 또한, 도 3에는 도시되지 않았지만, 플라즈마 점화용의 점화장치가 고주파 코일의 근방에 배치된다.
가스공급부(60)는 마이크로 플라즈마의 원이 되는 가스를 공급하는 기능을 갖고, 구체적으로는, 표면처리용의 가스를 전환하는 전환 박스(62)와, 표면처리용의 가스를 캐리어 가스에 혼합하기 위한 혼합 박스(64)와, 각종 가스원과, 이것들 및 캐필러리(40)를 접속하는 각종 배관을 포함하여 구성된다. 여기에서 각종 가스원은, 표면처리용 가스원으로서 산화처리용의 산소 가스원(66)과 환원처리용의 수소 가스원(68)이, 캐리어 가스원으로서 아르곤 가스원(70)이 각각 사용된다.
전환 박스(62)는 표면처리가 산화인지 환원인지에 따라 산소 가스원(66)과 수소 가스원(68) 사이에서 전환을 행하고, 적당한 유량으로 혼합 박스(64)에 보내 는 기능을 갖는다. 혼합 박스(64)는 전환 박스(62)로부터 보내져 온 산화 가스 또는 환원 가스를 적당한 혼합비로 캐리어 가스에 혼합하고, 캐필러리(40)의 관통구멍(44)에 공급하는 기능을 갖는다. 전환 박스(62), 혼합 박스(64)의 제어는 제어부(90)의 아래에서 행해진다. 또한, 소비하는 가스의 양은 미량이므로, 각 가스원은 소형의 가스봄베를 사용할 수 있다. 물론, 외부 가스원으로부터 전용배관에 의해 전환 박스(62), 혼합 박스(64)에 접속하는 것으로 할 수도 있다.
표면처리용의 가스원으로서, 산소 가스를 사용할 때는, 본딩 대상의 표면에서의 유기물 등의 이물을 산화에 의해 제거할 수 있다. 또, 표면처리용의 가스원으로서, 수소 가스를 사용할 때는, 본딩 대상의 표면에서의 산화막 등을 환원에 의해 제거할 수 있다. 이 밖에, 본딩 대상에 따라서는, 불소계의 에칭 가스를 표면처리용의 가스원으로서 사용해도 된다. 따라서, 표면의 제거처리로서는, 예를 들면, 본딩 패드에 대해 그 표면에 얇게 형성된 금속산화막을 제거하기 위해서는 수소 가스를 사용하고, 본딩 리드에 대해 그 표면에 부착되는 유기물을 제거하기 위해서는 산소 가스를 사용하는 등과 같이, 본딩 대상에 따라 마이크로 플라즈마의 성질을 전환할 수 있다.
또, 플라즈마 영역에 금 등의 본딩 와이어를 삽입하면, 본딩 와이어(2)의 재료를 입자화 할 수 있다. 이때의 플라즈마 영역의 분위기는 본딩 와이어의 재료와의 반응성에 따라 환원성 또는 산화성으로 할 수도 있다. 따라서, 본딩 와이어가 환원성 분위기의 플라즈마에 의해 입자화 되는 경우에서 기술하면, 본딩 와이어(2)와 동일한 재료를 본딩 대상의 표면에 퇴적시키는 처리를 행하기 위해서는, 전환 박스(62)에서 가스 종류를 환원성으로 전환하고, 위치변경부(206)에 의해, 본딩 와이어의 선단 위치를 플라즈마 영역 속이 되도록 변경하면 된다. 이것에 의해, 퇴적처리를 행할 수 있다.
고주파 전력공급부(80)는 캐필러리(40)에 권회된 고주파 코일(50)에, 마이크로 플라즈마의 생성을 지속하기 위한 고주파 전력을 공급하는 기능을 갖고, 정합회로(82)와 고주파 전원(84)을 포함하여 구성된다. 정합회로(82)는 고주파 코일(50)에 고주파 전력을 공급할 때의 전력반사를 억제하기 위한 회로이며, 예를 들면 고주파 코일(50)와의 사이에서 LC 공진회로를 구성하는 회로가 사용된다. 고주파 전원(84)은, 예를 들면 13.56MHz 또는 100MHz 등의 주파수의 전원을 사용할 수 있다. 공급하는 전력의 크기는 가스공급부(60)로부터 공급되는 가스의 종류, 유량, 마이크로 플라즈마의 안정성 등을 고려하여 결정된다. 고주파 전원(84)의 제어는 제어부(90)의 아래에서 행해진다.
도 5는 마이크로 플라즈마 발생부(34)의 작용으로서, 캐필러리(40)의 내부에서 생성되는 마이크로 플라즈마의 모양을 도시하는 도면이다. 여기에서, 도 5(a)는 표면의 제거처리에서의 환원성 마이크로 플라즈마(301) 또는 산화성 마이크로 플라즈마(302)의 생성의 모양, (b)는 퇴적처리에서의 스퍼터링 된 본딩 와이어(2)의 재료의 미립자, 예를 들면 스퍼터링 된 금의 미립자를 포함하는 마이크로 플라즈마(303)의 생성의 모양을 도시한다.
마이크로 플라즈마를 생성하기 위해서는, 다음 수순이 행해진다. 최초에 가스공급부(60)를 제어하고, 적당한 가스 종류와 유량으로, 가스를 캐필러리(40)의 관통구멍(44)에 공급한다. 공급된 가스는 선단부의 개구(48)로부터 외부로 흐른다. 이어서, 고주파 전력공급부(80)를 제어하고, 적당한 고주파 전력을 고주파 코일(50)에 공급한다. 이것들의 적당한 조건은 미리 실험에서 구해 둘 수 있다. 그리고, 도시되지 않은 점화장치에 점화용 고주파 펄스를 인가 한다. 공급된 가스의 조건과, 고주파 전력의 조건이 적당하면, 흐르고 있는 가스에 고주파 전력에 의한 유도 플라즈마가 생성된다. 즉 플라즈마가 점화된다. 일단 점화된 후는, 점화용 고주파 펄스가 소멸해도, 고주파 코일(50)로부터의 고주파 전력에 의해 마이크로 플라즈마의 생성이 지속된다. 공급되는 가스가 플라즈마화 하는 플라즈마 영역(52)은 대략 고주파 코일(50)이 배치된 위치로부터, 가스의 하류측이다. 생성된 마이크로 플라즈마는 캐필러리(40)의 선단부 개구(48)로부터 분출된다.
그리고, 표면의 제거처리의 경우에는, 도 5(a)에 도시하는 바와 같이, 본딩 와이어(2)는 위치변경부(206)에 의해, 플라즈마 영역(52)의 속에 그 선단이 위치하지 않도록, 캐필러리(40)의 내부의 상방측으로 충분히 높게 끌어 올려진다. 이 상태에서, 플라즈마 영역(52)에서 생성되는 마이크로 플라즈마는 산화성 또는 환원성으로 할 수 있고, 이것을 선단부 개구(48)로부터 분출시켜, 본딩 대상의 표면을 제거할 수 있다.
한편, 퇴적처리를 행할 때는, 도 5(b)에 도시하는 바와 같이, 본딩 와이어(2)는 위치변경부(206)에 의해, 플라즈마 영역(52)의 속에 그 선단이 위치하도록, 캐필러리(40)의 내부에 삽입된다. 또, 예를 들면 본딩 와이어(2)가 금선이라고 하면, 가스 종류를 환원성으로 할 수 있다. 이것에 의해, 플라즈마 영역(52)에서 본 딩 와이어(2)의 재료가 미립자화 되고, 그 스퍼터링 된 금의 미립자를 포함하는 마이크로 플라즈마(303)이 선단부 개구(48)로부터 분출되어, 본딩 대상의 표면에 본딩 와이어(2)와 같은 재료의 금이 퇴적한다.
또한, 마이크로 플라즈마 발생부(34)의 동작을 완전하게 정지시킴으로써, 캐필러리(40)를 와이어 본딩용의 캐필러리로서 기능시킬 수 있다. 이 경우에는 위치변경부(206)는 본딩 와이어(2)의 위치를 통상의 와이어 본딩 동작과 동일하게, 선단부 개구(48)로부터 필요량 돌출시킨다.
상기의 치수예에서는, 개구(48)의 직경이 0.05mm이므로, 본딩 대상물까지의 거리를 적당히 취함으로써 본딩 패드 및 본딩 리드의 좁은 영역에만, 환원성 마이크로 플라즈마(301) 또는 산화성 마이크로 플라즈마(302) 또는 스퍼터링 된 금의 미립자를 포함하는 마이크로 플라즈마(303)중 어느 하나를 조사할 수 있다. 또, 환원성 마이크로 플라즈마(301) 또는 산화성 마이크로 플라즈마(302)를 분출시킨 채로도, 본딩 대상으로부터 멀리 떨어지게 하면, 이들 마이크로 플라즈마는 본딩 대상물에 작용을 끼치지 않는다. 따라서, 캐필러리(40)의 상하에 의해, 본딩 대상에 대한 이들 마이크로 플라즈마의 작용을 제어할 수 있다. 도 6은, 그 일례의 모양을 도시하는 도면이고, 여기에서는, 본딩 대상(8)이 회로기판(7)에 탑재된 칩(6)으로서 도시된다. 그리고, XYZ 구동기구(202)를 적당히 제어함으로써 캐필러리(40)의 위치를 이동시키고, 칩(6)의 본딩 패드(5)와 회로기판(7)의 본딩 리드(4)의 위치에서, 캐필러리(40)로부터 여기에서는 환원성의 마이크로 플라즈마(301)가 조사되는 경우의 모양이 도시된다.
상기 구성의 와이어 본딩 장치(200)의 동작에 대해 도 7을 사용하여 설명한다. 도 7은 표면의 제거 및 퇴적을 포함하는 표면처리와, 본딩처리를 연동하여 행하게 하는 수순을 도시하는 공정도이다. 와이어 본딩을 행하기 위해서는, 와이어 본딩 장치(200)를 기동시켜, 반송 기구(12)에 의해 본딩 대상(8)을 본딩용 스테이지(204)에 반송하고, 위치결정 한다(위치결정 공정).
그리고, 제어부(90)의 지령에 의해, 마이크로 플라즈마 발생부(34)의 기동이 행해지고, 캐필러리(40)에서 마이크로 플라즈마가 점화되어 생성된다. 이것에 앞서, 본딩 와이어(2)는 위치변경부(206)의 기능에 의해, 캐필러리(40)의 내부에서 충분히 높은 위치로 끌어 올려져 있다. 가스 종류는 캐리어 가스만으로 하고, 아직 표면처리용 가스를 혼합하지 않아도 좋다. 이때는, 캐필러리(40)는 본딩 대상(8)으로부터 멀리 떨어져 있고, 마이크로 플라즈마는 아무 작용도 하지 않는다(마이크로 플라즈마 생성 공정).
다음에 와이어 본딩 프로그램을 기동시키면, 최초의 본딩 패드(5)의 바로 위에 있어서의 높은 위치에 플라즈마 캐필러리(40)가 온다(본딩 패드 위치결정 공정). 그리고, 제어부(90)의 지령에 의해, 가스 종류를 환원성 가스, 즉 수소로 하고, 이것을 캐리어 가스에 혼합하고, 마이크로 플라즈마를 환원성 마이크로 플라즈마(301)로 한다(마이크로 플라즈마 설정공정).
다음에 본딩 패드(5)를 향하여 캐필러리(40)가 하강한다. 하강은, 캐필러리(40)의 선단이, 정확히 그 본딩 패드(5)의 위에서, 환원성 마이크로 플라즈마(301)가 그 본딩 패드(5)를 최적으로 조사하는 높이에서 멈추도록 행해진다. 그곳에서, 환원성 마이크로 플라즈마(301)는 본딩 패드(5)의 표면의 얇은 산화막을 제거하여, 청정 표면으로 한다(본딩 패드 표면제거처리 공정). 그 모양을 도 7(a)에 도시한다.
이어서, 제어부(90)가 위치변경부(206)에 지시를 주고, 본딩 와이어(2)의 선단이 캐필러리(40)의 플라즈마 영역(52)의 속에 삽입되도록, 본딩 와이어(2)의 선단 위치를 변경시킨다. 본딩 와이어(2)를 금선으로 하면, 마이크로 플라즈마는 환원분위기 그대로이므로, 여기에서 플라즈마 영역(52)에 삽입된 본딩 와이어(2)의 부분은 환원성 마이크로 플라즈마(301)의 작용을 받아, 미립자화 된다. 그리고 스퍼터링 된 금의 미립자를 포함하는 마이크로 플라즈마(303)가 본딩 패드(5)를 향해서 조사되고, 이것에 의해, 본딩 패드(5)의 청정표면상에, 본딩 와이어(2)와 동일한 재료가 퇴적되어, 금 박막이 형성된다(본딩 패드 표면퇴적처리 공정). 그 모양을 도 7(b)에 도시한다.
다음에, 제어부(90)의 지시에 의해, 마이크로 플라즈마 발생부(34)의 동작을 멈춘다. 그리고 필요가 있으면 캐필러리(40)를 상방으로 끌어 올리고, 위치변경부(206)에 지시하여, 본딩 와이어(2)의 선단 위치를 캐필러리(40)의 선단으로부터 내민다. 그리고, 본딩 프로그램의 내용은 통상의 와이어 본딩처리의 내용으로 되고, 주지의 처리 시퀀스에 따라, 본딩 패드(5)에서 퍼스트 본딩을 행하고, 이어서 본딩 리드(4)에서 세컨드 본딩을 행한다(본딩처리 공정). 그 모양을 도 7(c), (d)에 도시한다. 이때, 본딩 패드(5)에서는, 표면산화막이 미리 제거되고 그 청정 표면에 본딩 와이어(2)와 동일한 재료가 박막의 상태에서 퇴적되어 있으므로, 본딩처리를 보다 안정적으로 행할 수 있다. 이렇게 하여 본딩처리가 종료된 모양을 도 7(e)에 도시한다.
이렇게 하여, 1세트의 본딩 패드(5)와 본딩 리드(4) 사이의 접속이 완료되면, 캐필러리(40)는 다음 본딩 패드(5)의 바로 위로 이동하고, 상기의 각 수순을 반복한다.
또한, 상기에서, 본딩 패드(5)의 표면처리를 환원성 마이크로 플라즈마(301)에 의한 산화막 제거로 하고, 그 환원성 분위기를 그대로 이용하여 퇴적처리를 행하는 것으로 했는데, 표면의 제거처리는, 필요에 따라, 그 산화막제거 전에 가스 종류를 산소로 바꾸고, 마이크로 플라즈마를 산화성으로 하여 유기물 등의 이물을 제거하는 것으로 해도 된다. 또한 유기물 제거, 산화막 제거, 또는 다른 에칭성 가스를 사용하여 전극 에칭 등을 조합시켜서 행해도 된다. 이러한 가스 종류의 설정은 제어부(90)에의 입력으로서, 유저를 선택할 수 있는 것으로 할 수 있다.
(실시예 2)
도 3에서 설명한 마이크로 플라즈마 발생부(34)와 위치변경부(206)에 의한, 표면의 제거처리-퇴적처리-본딩처리를 범프 본딩 장치에 적용할 수 있다. 범프 본딩 장치란, 플립 칩 기술에서 금 범프를 형성하기 위한 장치이다. 즉, 칩의 본딩 패드에 와이어 본딩의 원리를 사용하여, 금 와이어를 본딩하고, 그것을 금 범프로 하는 것으로, 말하자면, 통상의 와이어 본딩처리에서 세컨드 본딩을 생략한 것에 상당한다. 따라서, 도 1의 와이어 본딩 장치(200)에서 반송 기구(12)에서 반송하는 본딩 대상(8)을 완성 LSI가 배열된 완성 웨이퍼로 한 것에 상당한다.
본딩 대상(8)을 완성 웨이퍼로 할 때는, 본딩용 스테이지(204)에서, 복수의 완성 LSI에서의 각각의 본딩 패드(5)에 대해, 표면의 제거처리-퇴적처리-본딩처리가 행해진다. 반송 기구(12)를 제외하고, 다른 구성요소의 내용을 도 1의 와이어 본딩 장치(200)와 동일하게 하여 구성되는 범프 본딩 장치의 동작을 도 8의 공정도에 도시한다.
도 8에서, (a)는 가스 종류를 수소로 하고, 마이크로 플라즈마를 환원성으로 하고, 캐필러리(40)의 내부에서 본딩 와이어(2)의 선단 위치를 플라즈마 영역(52)의 외측에 설정하고, 본딩 패드(5)의 표면의 산화막을 제거하는 공정이다. 이 내용은, 도 7(a)와 관련하여 설명한 것과 동일하다.
또, 도 8(b)는 본딩 와이어(2)를 금의 세선으로 하고, 마이크로 플라즈마를 환원성으로 한 채, 캐필러리(40)의 내부에서 본딩 와이어(2)의 선단 위치를 플라즈마 영역(52)의 내부에 설정하고, 본딩 패드(5)의 표면에 본딩 와이어(2)와 동일한 재료를 퇴적시키는 공정이다. 이 내용은 도 7(b)와 관련하여 설명한 것과 동일하다.
그리고, 도 8(c)는 마이크로 플라즈마 발생부(34)의 동작을 멈추고, 본딩 와이어(2)의 선단 위치를 캐필러리(40)의 선단으로부터 내밀고, 통상의 와이어 본딩처리를 행하는 모양을 도시하는 도면이다. 이 내용은 도 8(c)와 관련하여 설명한 것과 동일하다. 도 8(d)는, 이렇게 하여, 본딩 와이어(2)를 금선으로 할 때, 본딩 패드(5)상에 금 범프(3)가 형성되는 모양을 도시하는 도면이다.
(실시예 3)
도 1의 와이어 본딩 장치(200)의 캐필러리(40)는 표면처리를 행하는 기능과 본딩처리를 행하는 기능을 겸하고 있고, 동일한 처리 스테이지상에서, 동일한 본딩 대상의 개체에 대해, 표면처리와 본딩처리를 연동하여 행하고 있다.
이것에 대하여, 캐필러리의 표면처리 기능과 본딩 기능을 분리할 수 있다. 도 9는 그러한 와이어 본딩 장치(10)를 도시하는 것으로, 그곳에서는, 표면처리용 스테이지(14)와 본딩용 스테이지(16)를 각각 설정하고, 각각에서 표면처리용 XYZ 구동기구(30)와 본딩용 XYZ 구동기구(20)를 사용하고, 표면처리를 행하는 캐필러리를 플라즈마 캐필러리(40)로 하고 표면처리용 XYZ 구동기구에 의해 그 위치이동을 행하게 하고, 본딩처리를 행하는 캐필러리를 본딩 캐필러리(24)로서 본딩용 XYZ 구동기구(20)에 의해 그 위치 구동을 행하게 한다. 이러한 형식의 와이어 본딩 장치(10)는 2개의 XYZ 구동기구, 2개의 캐필러리, 2개의 암, 2개의 처리 스테이지를 구비하고 있어, 말하자면 2스테이지 2캐필러리형의 와이어 본딩 장치이다. 이것과 비교하는 의미에 있어서, 도 1의 와이어 본딩 장치(200)를 1스테이지 1캐필러리형이라고 부를 수 있다. 또한, 이하에서는, 도 1에서 도 8에서 설명한 것과 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 생략한다.
도 9에 도시하는 와이어 본딩 장치(10)는 본딩 대상(8)을 유지하고 소정의 위치로 반송하는 반송 기구(12), 본딩 캐필러리(24)를 본딩 암 본체(22)의 선단에 부착한 본딩 암(21), 본딩 암(21)을 이동구동하는 본딩용의 XYZ 구동기구(20), 플라즈마 캐필러리(40)를 플라즈마 암 본체(32)의 선단에 부착한 플라즈마 암(31), 플라즈마 암(31)을 이동구동하는 표면처리용의 XYZ 구동기구(30), 플라즈마 캐필러 리(40)에 삽입 통과시켜지는 본딩 와이어의 위치를 변경하는 위치변경부(206), 표면처리용의 가스공급부(60), 표면처리용의 고주파 전력공급부(80), 각 요소를 일체로 하여 제어하는 제어부(90)를 포함하여 구성된다. 여기에서, 플라즈마 캐필러리(40), 가스공급부(60), 고주파 전력공급부(80)는 마이크로 플라즈마 발생부(34)를 구성한다.
본딩용 XYZ 구동기구(20)는 본딩 암(21)을 도 9에 도시하는 X축 방향 및 Y축 방향의 임의의 위치로 이동 구동하고, 그 임의의 위치에서 본딩 캐필러리(24)를 Z축 방향으로 상하 구동할 수 있는 기능을 갖는다. 본딩 암(21)은 본딩 암 본체(22)와, 그 선단에 부착되는 본딩 캐필러리(24)를 포함하여 구성된다. 본딩용 XYZ 구동기구(20)는 본딩 암 본체(22)를 탑재하는 고속 XY 테이블과, 본딩 암 본체(22)를 요동 구동하여 그 선단에 부착된 본딩 캐필러리(24)를 상하동시키는 고속 Z모터를 포함하여 구성된다. 위치결정에는, 센서를 사용한 서보기구를 사용할 수 있다.
본딩 암(21)은, 상기한 바와 같이 본딩 암 본체(22)와, 그 선단에 부착되는 본딩 캐필러리(24)로 구성되는데, 도시되지 않은 초음파 트랜스듀서에 의해 초음파 에너지를 본딩 캐필러리(24)에 공급하고, 본딩 캐필러리(24)에 삽입된 본딩 와이어를 본딩 대상(8)에 세게 눌러서 접합시키는 기능을 갖는다. 본딩 캐필러리(24)는, 이미 알고 있는 바와 같이, 본딩 와이어를 삽입 통과시키는 가는 통 형상의 부재이다. 본딩 와이어로서는 금이나 알루미늄 등의 세선을 사용할 수 있다. 또한, 도 9에는, 본딩 와이어를 공급하는 스풀, 본딩 와이어의 움직임을 클램핑 또는 해방하는 클램퍼 등의 기구의 도시를 생략하고 있다.
표면처리용의 XYZ 구동기구(30)는 표면처리용의 플라즈마 캐필러리(40)를 선단에 갖는 플라즈마 암(32)을 도 1에 도시하는 X축 방향 및 Y축 방향의 임의의 위치 로 이동 구동하고, 그 임의의 위치에서 플라즈마 캐필러리(40)의 선단을 Z축 방향으로 상하 구동할 수 있는 기능을 갖는다. 플라즈마 암(31)은 플라즈마 암 본체(32)와, 그 선단에 부착되는 플라즈마 캐필러리(40)를 포함하여 구성되고, 그 외관은 상기 도 2와 동일하다.
표면처리용의 XYZ 구동기구(30)는 거의 본딩용 XYZ 구동기구(20)와 동일한 기능을 갖는다. 상위한 것은, 본딩용 XYZ 구동기구(20)는 고속 고정밀도의 이동 구동을 필요로 하지만, 표면처리용의 XYZ 구동기구(30)는 그것 정도의 위치결정 정밀도를 요하지 않는다는 점이다. 즉, 표면처리가 적용되는 영역은 와이어가 본딩 패드 또는 본딩 리드에 접합되는 투영면적보다 넓고, 또, 그 불균일도 어느 정도 허용할 수 있기 때문이다. 따라서, 표면처리용의 XYZ 구동기구(30)를 구성하는 XY 테이블, Z모터의 성능은 본딩용 XYZ 구동기구(20)의 것과 비교하여 완화할 수 있다.
또, 이와 같이 표면처리용의 XYZ 구동기구(30) 및 플라즈마 암 본체(32) 및 플라즈마 캐필러리(40)는 본딩용의 XYZ 구동기구(20) 및 본딩 암 본체(22) 및 본딩 캐필러리(24)와 거의 동일한 기능이므로, 플라즈마 캐필러리(40)의 선단의 위치와 본딩 캐필러리(24)의 선단 위치를 교정함으로써 양자의 이동 제어를 동일한 시퀀스로 실행시킬 수 있다. 즉, 동일한 시퀀스 프로그램을 적용하여, 본딩 대상(8)에 대한 플라즈마 캐필러리(40)의 선단의 이동과, 본딩 캐필러리(24)의 선단의 이동을 완전히 동일하게 할 수 있다. 바꾸어 말하면, 동일한 시퀀스 프로그램을, 동시에, 표면처리용의 XYZ 구동기구(30)와 본딩용의 XYZ 구동기구(20)에 부여하면, 플라즈마 캐필러리(40)의 선단의 이동과, 본딩 캐필러리(24)의 선단의 이동은 동일하게 할 수 있다. 즉 마치, 표면처리용 장치와 본딩용 장치 2대가 완전히 동일한 움직임을 동시에 행하도록 할 수 있다.
또한, 플라즈마 캐필러리(40)는 본딩 캐필러리(24)와 구별하기 위해서 명칭을 변경했는데, 그 내용은 도 1의 캐필러리(40)와 동일하다. 마찬가지로 플라즈마 암 본체(32)도 그 내용은 도 1의 암 본체(22)와 동일하다. 위치변경부(206)의 기능은 본딩 와이어(2)의 선단 위치를 본딩 위치로 하지 않는 것을 제외하고, 도 3에서 설명한 내용과 동일하다. 즉, 위치변경부(206)는 플라즈마 캐필러리(40)의 내부에서의 본딩 와이어(2)의 선단 위치를 플라즈마 영역(52)의 외측과, 내측 사이에서 변경한다. 또, 마이크로 플라즈마 발생부(34)를 구성하는 가스공급부(60), 고주파 전력공급부(80)의 내용도, 도 4와 관련하여 설명한 것과 동일하다.
제어부(90)는 반송 기구(12), 본딩용의 XYZ 구동기구(20), 표면처리용의 XYZ 구동기구(30), 가스공급부(60), 고주파 전력공급부(80) 등과 접속되고, 이들 요소에 대하여, 본딩 대상(8)에 표면처리를 행하고, 이어서 본딩처리를 행하게 하는 제어를 하는 기능을 갖는 전자회로 장치이다. 이러한 기능은 소프트웨어로 실현할 수 있고, 구체적으로는, 표면처리와 본딩처리를 연동하여 실행하는 수순을 구체화한 와이어 본딩 프로그램을 실행함으로써 실현할 수 있다. 이러한 기능의 일부를 하드웨어로 실현해도 된다.
상기 구성의 와이어 본딩 장치(10)의 동작에 대해 도 10을 사용하여 설명한다. 도 10은 표면의 제거처리와 퇴적처리를 포함하는 표면처리와, 본딩처리를 연동하여 행하게 하는 수순을 나타내는 공정도이다. 와이어 본딩을 행하기 위해서는, 와이어 본딩 장치(10)를 기동시켜, 반송 기구(12)에 의해 본딩 대상(8)을 표면처리용 스테이지(14)로 반송하고, 위치결정 한다(표면처리 위치결정 공정).
그리고, 제어부(90)의 지령에 의해, 마이크로 플라즈마 발생부(34)의 기동이 행해져, 플라즈마 캐필러리(40)에서 마이크로 플라즈마가 점화되어 생성된다. 이것에 앞서, 본딩 와이어(2)는 위치변경부(206)의 기능에 의해, 캐필러리(40)의 내부에서 충분히 높은 위치에 끌어 올려져 있다. 가스 종류는 캐리어 가스만으로 하고, 아직 표면처리용 가스를 혼합하지 않아도 좋다. 이때는, 플라즈마 캐필러리(40)는 본딩 대상(8)으로부터 멀리 떨어져 있어, 마이크로 플라즈마는 아무 작용도 하지 않는다(마이크로 플라즈마생성 공정).
다음에 와이어 본딩 프로그램을 기동시키면, 표면처리용 스테이지(14)에서 본딩용 스테이지(16)에서의 것과 동일한 위치결정이 되어, 최초의 본딩 패드(5)의 바로 위에 있어서의 높은 위치로 플라즈마 캐필러리(40)가 이동한다(본딩 패드 위치결정 공정). 그리고, 제어부(90)의 지령에 의해, 가스 종류를 환원성 가스, 즉 수소로 하고, 이것을 캐리어 가스에 혼합하고, 마이크로 플라즈마를 환원성 마이크로 플라즈마(301)로 한다(마이크로 플라즈마 설정 공정).
와이어 본딩 프로그램은 다음에 본딩 패드(5)를 향하여 플라즈마 캐필러리(40)를 하강시킨다. 여기에서 미리, 플라즈마 캐필러리(40)의 선단 위치를 본딩 캐필러리의 선단 위치보다도 환원성 마이크로 플라즈마(301)의 작용 높이만큼 오프셋 시켜 놓는다. 이렇게 함으로써 와이어 본딩 프로그램이 퍼스트 본딩하는 처리를 행할 때, 플라즈마 캐필러리(40)의 선단은 정확히 그 본딩 패드(5)의 위에서, 환원성 마이크로 플라즈마(301)가 그 본딩 패드(5)를 최적으로 조사하는 높이에서 멈춘다. 그곳에서, 환원성 마이크로 플라즈마(301)는 본딩 패드(5)의 표면의 얇은 산화막을 제거하여 청정 표면으로 한다(본딩 패드 표면제거처리 공정). 그 모양을 도 10(a)에 도시한다.
이어서, 제어부(90)가 위치변경부(206)에 지시를 주고, 본딩 와이어(2)의 선단이 플라즈마 캐필러리(40)의 플라즈마 영역(52)의 속에 삽입되도록, 본딩 와이어(2)의 선단 위치를 변경시킨다. 본딩 와이어(2)를 금의 세선으로 하고, 마이크로 플라즈마는 환원분위기인 상태대로이므로, 여기에서 플라즈마 영역(52)에 삽입된 본딩 와이어(2)의 부분은 환원성 마이크로 플라즈마(301)의 작용을 받아, 미립자화 된다. 그리고 스퍼터링 된 금의 미립자를 포함하는 마이크로 플라즈마(303)가 본딩 패드(5)를 향해서 조사되고, 이것에 의해, 본딩 패드(5)의 청정 표면상에 본딩 와이어(2)와 동일한 재료가 퇴적되어, 금 박막이 형성된다(본딩 패드 표면퇴적처리 공정). 그 모양을 도 10(b)에 도시한다.
다음에, 와이어 본딩 프로그램은 플라즈마 캐필러리(40)를 상방으로 끌어 올려, 본딩 리드(4)의 바로 위로 이동시킨다(본딩 리드 위치결정 공정). 이것에 앞서, 제어부(90)가 위치변경부(206)에 지시를 주고, 본딩 와이어(2)의 선단이 플라즈마 캐필러리(40)의 플라즈마 영역(52)의 것 외측이 되도록, 본딩 와이어(2)의 선 단 위치를 변경시킨다. 가스 종류의 변경은 행하지 않고, 마이크로 플라즈마는 환원성인 상태대로이다.
와이어 본딩 프로그램은 다음에 본딩 리드(4)를 향하여 플라즈마 캐필러리(40)를 하강시킨다. 그리고, 플라즈마 캐필러리(40)의 선단은 정확히 그 본딩 패드(5)의 위에서, 환원성 마이크로 플라즈마(301)가 그 본딩 패드(5)를 최적으로 조사하는 높이에서 멈춘다. 그곳에서, 환원성 마이크로 플라즈마(301)는 본딩 리드(4)의 산화막을 제거한다(본딩 리드 표면제거처리공정). 그 모양을 도 10(c)에 도시한다.
이어서, 제어부(90)가 위치변경부(206)에 지시를 주고, 본딩 와이어(2)의 선단이 플라즈마 캐필러리(40)의 플라즈마 영역(52)의 속에 삽입되도록, 본딩 와이어(2)의 선단 위치를 변경시킨다. 마이크로 플라즈마는 환원분위기인 상태대로이므로, 여기에서 플라즈마 영역(52)에 삽입된 본딩 와이어(2)의 부분은 환원성 마이크로 플라즈마(301)의 작용을 받아, 미립자화 된다. 그리고 스퍼터링 된 금의 미립자를 포함하는 마이크로 플라즈마(303)가 본딩 리드(4)를 향해서 조사되고, 이것에 의해 본딩 리드(4)의 청정 표면상에, 본딩 와이어(2)와 동일한 재료가 퇴적되어, 금 박막이 형성된다(본딩 패드 표면퇴적처리 공정). 그 모양을 도 10(d)에 도시한다.
이하, 와이어 본딩 프로그램이 진전되는데 맞추어, 제어부(90)가 마이크로 플라즈마 발생부(34) 및 위치변경부(206)를 제어하여, 마이크로 플라즈마의 특성을 표면의 제거처리용과 퇴적용으로 전환함으로써 순차적으로, 각 본딩 패드(5)와 본 딩 리드(4)의 표면에 대해 표면의 제거처리와 퇴적처리가 진행된다. 그리고, 와이어 본딩 프로그램이 종료할 때에는, 본딩 대상(8)의 전부의 본딩 패드(5)와, 전부의 본딩 리드(4)에 대해, 표면의 제거처리와 퇴적처리가 종료된다(표면처리 종료 공정).
다음에, 제어부(90)의 지령에 의해, 반송 기구(12)는 표면처리가 종료된 본딩 대상(8)을 본딩용 스테이지(16)에 반송시켜, 위치결정 시킨다(본딩처리 위치결정 공정). 그리고, 와이어 본딩 프로그램을 기동시켜, 이미 알고 있는 바와 같이, 본딩 패드(5)에서 퍼스트 본딩을 행하고, 이어서 본딩 리드(4)에서 세컨드 본딩을 행한다(본딩처리 공정). 그 모양을 도 10(e), (f)에 도시한다. 이때, 각 본딩 패드(5), 각본딩 리드(4)에서는, 표면의 산화막이 제거되고, 그 위에 본딩 와이어(2)와 동일한 재료가 박막 형상으로 퇴적되어 있어, 본딩처리를 보다 안정적으로 행할 수 있다. 이렇게 하여 본딩처리가 행해진 모양을 도 10(g)에 도시한다. 이것을 반복하여, 와이어 본딩 프로그램이 종료할 때에는, 본딩 대상(8)의 전부의 본딩 패드(5)와, 전부의 본딩 리드(4)에 관한 본딩처리가 종료된다(본딩처리 종료 공정).
또한, 상기에서, 본딩 패드(5)의 표면처리를 환원성 마이크로 플라즈마(301)에 의한 산화막 제거로 하고, 그 환원성 분위기를 그대로 이용하여 퇴적처리를 행하는 것으로 했지만, 표면의 제거처리는, 필요에 따라, 그 산화막 제거의 전에 가스 종류를 산소로 전환하고, 마이크로 플라즈마를 산화성으로 하고, 유기물 등의 이물을 제거하는 것으로 해도 된다. 또, 유기물제거, 산화막 제거, 또는 다른 에칭성 가스를 사용하여 전극 에칭 등을 조합시켜서 행해도 된다. 이러한 가스 종류 의 설정은, 제어부(90)에의 입력으로서, 유저를 선택할 수 있는 것으로 할 수 있다.
(실시예 4)
도 9의 2스테이지형 와이어 본딩 장치(10)를 기본으로 하여, 범프 본딩 장치를 구성할 수 있다. 즉, 도 9의 와이어 본딩 장치(10)에서, 반송 기구(12)에 의해 반송되는 본딩 대상(8)을 완성 LSI가 배열된 완성 웨이퍼로 한 것에 상당한다.
본딩 대상(8)을 완성 웨이퍼로 할 때는, 표면처리용 스테이지(14)에서, 복수의 완성 LSI에 대해 각각의 본딩 패드(5)에 대해, 표면처리로서, 표면의 제거처리와 퇴적처리가 행해진다. 그리고, 1장의 완성 웨이퍼에 대해 전부의 본딩 패드의 표면처리가 종료되면, 본딩용 스테이지(16)로 반송된다. 그리고 그곳에서, 복수의 완성 LSI에 대해 각각의 본딩 패드(5)에 대해 범프가 형성된다. 이 경우에서도, 도 10과 관련하여 설명한 바와 같이, 본딩용 XYZ 구동기구(20)에 사용되는 범프 본딩 프로그램을 표면처리용 XYZ 구동기구(30)에 동일하게 적용하여, 처리를 공통화할 수 있다.
반송 기구(12)를 제외하고, 다른 구성요소의 내용을 도 9의 와이어 본딩 장치(10)와 동일하게 하여 구성되는 범프 본딩 장치의 동작을 도 11의 공정도를 사용하여 설명한다. 표면처리는 표면처리용 스테이지(14)에서, 플라즈마 캐필러리(40)를 사용하여 행해진다.
도 11에서, (a)는 가스 종류를 수소로 하고, 마이크로 플라즈마를 환원성으로 하고, 캐필러리(40)의 내부에서 본딩 와이어(2)의 선단 위치를 플라즈마 영역 (52)의 외측에 설정하고, 본딩 패드(5)의 표면의 산화막을 제거하는 공정이다. 이 내용은 도 8(a)와 관련하여 설명한 것과 동일하다.
또, 도 11(b)는 본딩 와이어(2)가 금의 세선으로서, 마이크로 플라즈마를 환원성으로 한 채, 캐필러리(40)의 내부에서 본딩 와이어(2)의 선단 위치를 플라즈마 영역(52)의 내부에 설정하고, 본딩 패드(5)의 표면에 본딩 와이어(2)와 동일한 재료를 퇴적시키는 공정이다. 이 내용은, 도 8(b)와 관련하여 설명한 것과 동일하다.
이하, 범프 본딩 프로그램이 진전되는데 맞추어, 순차적으로 각 LSI의 위치에서 각각의 본딩 패드(5)에 대해, 표면의 제거처리와 퇴적처리가 행해진다. 그리고, 범프 본딩 프로그램이 종료될 때에는, 본딩 대상(8)의 전부의 본딩 패드(5)에 대해서, 표면의 제거처리와 퇴적처리가 종료된다.
다음에, 제어부(90)의 지령에 의해, 반송 기구(12)는 표면처리가 종료된 완성 웨이퍼를 본딩용 스테이지(16)에 반송시켜, 위치결정시킨다. 그리고, 범프 본딩 프로그램을 기동시켜, 최초의 LSI의 위치에 있어서, 그 최초의 본딩 패드(5)에서, 금 와이어를 본딩하여 금 범프를 형성한다. 그 모양을 도 11(d)에 도시한다. 이때, 본딩 패드(5)에서는 표면 산화막이 미리 제거되고, 그 위에 금 박막이 퇴적되어 있으므로, 본딩처리를 보다 안정적으로 행할 수 있다. 이렇게 하여 본딩처리가 종료되고, 금 범프(3)가 형성된 모양을 도 11(d)에 도시한다. 이것을 반복하여, 1장의 웨이퍼에 대해 전부의 LSI에서의 전부의 본딩 패드(5)에 대해 금 범프(3)가 형성된다.
(실시예 5)
도 3에서 설명한 위치변경부(206)와 마이크로 플라즈마 발생부(34)를 플립 칩 본딩 장치에 적용할 수 있다. 플립 칩 본딩 장치는 도 11에서 설명한 바와 같이 범프가 형성된 칩을 회로기판에 페이스다운 하는 장치이다. 따라서, 이 경우에는, 접속되는 것은 칩(6)의 범프(3)와 본딩 리드(4)이다. 그리고, 페이스다운 하기 위해서 칩은 반전되고, 또 페이스다운 본딩을 위한 본딩 툴은 본딩 캐필러리가 아니고, 페이스다운 된 칩을 유지하는 콜릿이 된다. 이와 같이, 플립 칩 본딩 장치의 구체적 구성은 도 9의 와이어 본딩 장치와 상당히 상이하다.
플립 칩 본딩 장치에서, 위치변경부(206)와, 마이크로 플라즈마 발생부(34)를 적용하는 국면은 칩을 반전하여 콜릿으로 유지하기 전에, 칩의 범프(3)에 대해 표면의 제거처리와 퇴적처리를 행할 때와, 콜릿으로 페이스다운 본딩 하기 전에 본딩 리드(4)에 대해 표면의 제거처리와 퇴적처리를 행할 때이다. 도 12에, 플립 칩 본딩 장치에서, 위치변경부(206)와 마이크로 플라즈마 발생부(34)를 적용하는 경우의 수순을 도시한다.
도 12에서, (a)는 본딩 패드(5)상의 금 범프(3)에 대해 그 표면을 제거하여 청정화하는 공정이다. 이때의 가스 종류는, 예를 들면 산소로 하여, 산화성 마이크로 플라즈마(302)를 사용할 수 있다. 경우에 따라, 가스 종류를 수소로 하여 환원성 마이크로 플라즈마(301)를 사용해도 된다. 그리고, 캐필러리(40)의 내부에서 본딩 와이어(2)의 선단 위치를 플라즈마 영역(52)의 외측에 설정하고, 이 내용은, 가스 종류의 선택, 조사 대상이 금 범프(3)로 된 것을 제외하면, 도 10(a)와 관련 하여 설명한 것과 동일하다.
또, 도 12(b)는 본딩 와이어(2)가 금의 세선으로서, 마이크로 플라즈마를 환원성으로 변경하고, 캐필러리(40)의 내부에서 본딩 와이어(2)의 선단 위치를 플라즈마 영역(52)의 내부에 설정하고, 청정화된 금 범프(3)의 표면에 본딩 와이어(2)와 동일한 재료를 퇴적시키는 공정이다. 이 내용도, 조사 대상이 금 범프(3)로 된 것을 제외하면, 도 10(b)와 관련하여 설명한 것과 동일하다.
그리고, 전체 범프(3)에 대해 표면의 제거처리와 퇴적처리가 종료된 칩(6)은 반전되고, 콜릿(26)에 의해 페이스다운 상태로 유지된다. 페이스다운 상태란, 범프(3)가 하향인 것이다. 콜릿(26)의 칩(6)의 유지는 진공흡인으로 행할 수 있다. 그 모양을 도 12(c)에 도시한다.
그리고, 다음에 회로기판의 본딩 리드(4)에 대해 표면처리가 행해진다. 이때의 가스 종류는, 예를 들면 산소로 하고, 산화성 마이크로 플라즈마(302)를 사용할 수 있다. 경우에 따라, 환원성 마이크로 플라즈마(301)를 선택해도 된다. 도 12(d)는 가스 종류를 산소로 하고 마이크로 플라즈마를 산화성으로 하고, 캐필러리(40)의 내부에서 본딩 와이어(2)의 선단 위치를 플라즈마 영역(52)의 외측에 설정하여, 본딩 리드(4)에 대해 그 표면의 유기물 등을 제거하는 공정이다. 이 내용은, 조사 대상이 본딩 리드(4)로 된 것을 제외하면, 도 12(a)와 관련하여 설명한 것과 동일하다.
또, 도 12(e)는, 마이크로 플라즈마를 환원성으로 변경하고, 캐필러리(40)의 내부에서 본딩 와이어(2)의 선단 위치를 플라즈마 영역(52)의 내부에 설정하고, 본 딩 리드(4)의 표면에 본딩 와이어(2)와 동일한 재료를 퇴적시키는 공정이다. 이 내용도, 조사 대상이 본딩 리드(4)로 된 것을 제외하면, 도 12(b)와 관련하여 설명한 것과 동일하다.
그리고, 페이스다운으로 유지된 칩(6)을 이 본딩 리드(4)에 대하여 위치결정 하고 페이스다운 본딩 한다. 그 모양을 도 12(f)에 도시한다. 본딩 리드(4)에 칩(6)의 범프(3)가 접합된 모양을 도 12(g)에 도시한다.
플립 칩 기술에서, 회로기판이 필름 기판일 때는, COF(Chip on Film)라고 불리는데, 이 경우의 1개의 기술로서, 본딩 리드에 저온 땜납을 설치하고, 범프(3)와의 사이를 열압착에 의해 접합하는 것이 행해진다. 이때에는, 본딩 리드(4)측의 표면처리를 생략하고, 범프(3)의 표면처리만 행하는 것으로 해도 된다.
(실시예 6)
이미 기술한 바와 같이, 도 1의 와이어 본딩 장치(200)는 1스테이지 1캐필러리형이며, 도 9의 와이어 본딩 장치(10)는 2스테이지 2캐필러리형이다. 전자는, 표면처리가 끝난 후, 그다지 시간을 두지 않고 본딩처리를 행할 수 있는 특징을 갖고, 후자는, 동종의 본딩 대상에 대해, 표면처리와 본딩처리를 병행하여 행할 수 있는 특징을 갖는다. 이것들에 대해, 1스테이지 2캐필러리형의 구성을 취할 수 있다.
도 13은 1개의 XYZ 구동기구(102), 1개의 암(103), 1개의 처리 스테이지(106)이지만, 1개의 암(103)에 플라즈마 캐필러리(40)와 본딩 캐필러리(24)를 구비하는 1스테이지 2캐필러리형의 와이어 본딩 장치(100)의 구성을 도시하는 도면이 다. 이하에서 도 1과 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 생략한다.
1스테이지 2캐필러리형의 와이어 본딩 장치(100)에서는, 암(103)에 본딩 캐필러리(24)와 플라즈마 캐필러리(40) 쌍방이 부착된다. 암(103)의 모양을 도 14에 도시한다. 암(103)은 암 본체(104)와, 그 선단부에 나란히 부착되는 본딩 캐필러리(24)와 플라즈마 캐필러리(40)를 포함하여 구성된다. 플라즈마 캐필러리(40)와, 가스공급부(60), 고주파 전력공급부(80)로 구성되는 마이크로 플라즈마 발생부(34), 및 위치변경부(206)의 내용은 도 3, 도 4와 관련하여 설명한 것과 동일하다.
이 경우의 표면처리와 본딩처리의 수순은 일반적으로는 차례차례 번갈아서 행할 수 있다. 예를 들면, 1개의 본딩 패드에 대해 플라즈마 캐필러리(40)를 위치결정 하여 본딩 패드의 표면에 대해 표면의 제거처리 및 퇴적처리를 행하고, 그 후 암(104)을 이동시켜서 대응하는 본딩 리드에 플라즈마 캐필러리(40)를 위치결정 하여 본딩 리드의 표면에 대한 제거처리 및 퇴적처리를 행한다. 이렇게 하여 1세트의 본딩 패드와 본딩 그리드의 표면처리가 끝나면, 다음에 암(104)을 이동시켜 본딩 캐필러리(24)의 위치를 그 본딩 패드쪽으로 되돌려서 와이어의 퍼스트 본딩을 행하고, 이어서, 본딩 캐필러리(24)의 위치를 그 본딩 리드쪽으로 옮겨서 세컨드 본딩을 행한다.
즉, 2스테이지 2캐필러리형 와이어 본딩 장치(10)의 동작에 관련하여 설명한 도 10의 수순에서, (a)에서 (g)를 반복한다. 이 수순은, 표면처리-본딩처리-표면처리-본딩처리-라고 하는 것과 같이, 표면처리와 본딩처리를 번갈아 행하고, 그리 고 이것을 본딩 패드와 본딩 리드의 1세트마다 차례차례 행한다. 이 방법은, 본딩 패드 및 본딩 리드에 대해, 그 표면처리 후, 본딩처리까지의 시간을, 1스테이지 1캐필러리형 와이어 본딩 장치(200) 정도는 아니지만, 2스테이지 2캐필러리형 와이어 본딩 장치(10)에 비해 상당히 짧게 할 수 있어, 표면처리의 후에 산화막이나 이물 등이 재부착되는 기회를 줄여서 본딩을 행할 수 있다.
도 14에 도시하는 구성은 1개의 암 본체(104)에 본딩 캐필러리(24)와 플라즈마 캐필러리(40) 쌍방이 근접하여 평행하게 배치된다. 본딩 캐필러리(24)에 대해 플라즈마 캐필러리(40)를 기울여서 부착하고, 본딩 캐필러리(24)가 향하는 곳과, 플라즈마 캐필러리(40)가 향하는 곳을 거의 동일하게 함으로써 암(104)의 이동구동은 보다 간단하게 된다. 즉, 암(104)을 이동시키지 않고, 동일한 본딩 패드 또는 본딩 리드에 대하여, 플라즈마 캐필러리(40)로부터 마이크로 플라즈마를 조사하여 표면처리를 행하고, 그 후 마이크로 플라즈마의 생성을 멈추고, 본딩 캐필러리(24)를 사용하여 와이어를 본딩할 수 있다.
도 14의 구성에서는, 1개의 암(104)에 본딩 캐필러리(24)와 플라즈마 캐필러리(40) 쌍방이 부착되므로, 예를 들면 암(104)이 초음파 에너지를 그 선단측에 효율적으로 전달하기 위한 혼을 겸하는 경우에는, 그 에너지 전달효율이 플라즈마 캐필러리(40)의 존재에 의해 반드시 최적으로만은 되지 않는 경우가 있을 수 있다. 따라서, 도 14의 구성을 사용하는 와이어 본딩 장치는 초음파 에너지를 사용하지 않는 방식, 예를 들면 열압착방식의 경우에 바람직하다. 또, 열압착을 초음파 에너지에 의해 지원하는 장치에서도 적용할 수 있다.
도 15는 1스테이지 2캐필러리형 와이어 본딩 장치에 있어서, 다른 암 구성의 예를 도시하는 도면이다. 이 장치에서의 암(120)은 기부(122)가 공통이며, 본딩 캐필러리(24)용의 본딩 암 본체(124)와, 플라즈마 캐필러리(40)용의 플라즈마 암 본체(126) 2개가 서로 간섭하지 않도록 분리하여 부착된다. 기부(122)는 공통의 XYZ 구동기구에 부착된다.
도 15에 도시하는 구성에 의하면, 초음파 에너지를 주체로 하여 본딩처리를 행하는 방식의 본딩 장치에서도, 플라즈마 캐필러리(40)의 영향을 없애고, 본딩 암 본체(124)의 형상을 최적으로 설정할 수 있다.
또한, 도 15에서는, 본딩 캐필러리(24)에 대하여 플라즈마 캐필러리(40)를 기울여서 부착하고, 본딩 캐필러리(24)가 향하는 곳과, 플라즈마 캐필러리(40)가 향하는 곳을 거의 동일하게 하는 경우를 도시했다. 이렇게 함으로써 상기한 바와 같이, 암(120)의 이동구동을 보다 간단하게 할 수 있다. 물론, 본딩 캐필러리(24)와 플라즈마 캐필러리(40)를 평행하게 배치해도 좋다.
상기 구성중 적어도 하나에 의해, 본딩 처리부와 함께, 플라즈마 캐필러리의 선단부의 고주파 코일에의 전력공급에 의해, 플라즈마 캐필러리의 내부에서 플라즈마화 한 가스를 플라즈마 캐필러리의 선단부로부터 본딩 대상에 분출시켜서 표면처리를 행하는 유도 결합형의 마이크로 플라즈마 발생부를 구비한다. 그리고, 플라즈마 캐필러리 속에 소정 재료의 세선을 삽입하고, 그 선단 위치를 플라즈마 영역의 외측과, 플라즈마 영역의 내측 2개의 위치 사이에서 변경시킨다. 이것으로써, 세선이 플라즈마 영역의 외측에 있을 때는 세선 재료를 포함하지 않는 플라즈마화 한 가스를 본딩 대상물에 분출시켜 그 표면을 제거하고, 세선이 플라즈마 영역의 내측에 있을 때는 세선 재료도 플라즈마화 한 가스와 함께 본딩 대상물에 분출시켜서 퇴적시킨다.
이와 같이, 본딩 대상물에의 표면처리를 제거처리와 퇴적처리를 계속해서 행할 수 있고, 또한 이 표면처리가 행해진 본딩 대상에 대해, 계속해서 본딩처리를 행할 수 있다. 따라서, 1대의 본딩 장치로 본딩 대상에 대하여 작은 영역에 마이크로 플라즈마를 조사하여 열손상이 적은 제거처리와 퇴적처리를 행하는 기능과, 본딩처리 기능을 구비할 수 있어, 본딩 대상에 대한 표면처리와 본딩처리를 효율적으로 행하는 것이 가능하게 된다.
또, 상기 구성중 적어도 하나에 의해, 고주파 전력이 공급되는 고주파 코일이 선단부 외주에 감기고, 내부에 본딩 와이어가 삽입 통과시켜지는 캐필러리와, 캐필러리 내부에 가스를 공급하는 가스공급 수단과, 본딩 와이어의 선단 위치를 변경하는 위치변경 수단을 구비한다. 그리고, 위치변경 수단은 캐필러리 속에 삽입되는 본딩 와이어의 선단 위치를 와이어 본딩 하기 위한 본딩처리 위치와, 캐필러리의 내부에서의 플라즈마 영역의 외측과, 플라즈마 영역의 내측 3개의 위치 사이에서 변경한다. 이것으로써, 세선이 플라즈마 영역의 외측에 있을 때는 세선 재료를 포함하지 않는 플라즈마화 한 가스를 본딩 대상물에 분출시켜 그 표면을 제거하고, 세선이 플라즈마 영역의 내측에 있을 때는 세선 재료도 플라즈마화 한 가스와 함께 본딩 대상물에 분출시켜 퇴적시키고, 본딩처리 위치에 있을 때는 와이어 본딩 을 행할 수 있다.
이와 같이, 1개의 캐필러리를 사용하여, 본딩 대상물에의 표면처리를 제거처리와 퇴적처리를 계속해서 행할 수 있고, 또한 이 표면처리가 행해진 본딩 대상에 대해, 계속해서 본딩처리를 행할 수 있다. 따라서, 본딩 대상에 대한 표면처리와 본딩처리를 보다 효율적으로 행하는 것이 가능하게 된다.
또, 상기 구성중 적어도 하나에 의해, 본딩 캐필러리를 갖는 본딩 암의 동작과, 본딩 대상물의 표면에 대한 제거처리와 퇴적처리를 행할 수 있는 플라즈마 캐필러리를 선단에 갖는 플라즈마 암의 동작을, 연동하여 제어하므로, 본딩처리와의 관계에서 효율적인 표면처리를 행하는 것이 가능하게 된다. 여기에서 연동이란, 배치처리가 아니라 동시 병행적으로 동작하는 것을 의미하고 있는데, 동기적으로 동작하는 것, 동기적은 아니지만 거의 동시기에 순차적으로 동작하는 것 등을 포함한다.
또, 동 종류의 본딩 대상을 A, B로 하고, 그 동일한 부위, 예를 들면 동일한 본딩 패드에 대해, 본딩 헤드부는 본딩용 스테이지에서 본딩처리를 행하고, 마이크로 플라즈마 발생부는 표면처리용 스테이지에서 표면처리를 행하는 것으로 했으므로, 동시 병행적으로 본딩처리와 표면처리를 행하는 것이 가능하게 된다. 예를 들면, 동일한 시퀀스 소프트웨어에 의해, 본딩처리와 표면처리를 실행시킬 수 있다.
또, 동일한 본딩 대상에 대해 본딩처리와 표면처리를 연동하여 행하게 하므로, 예를 들면 1개의 칩에 대해 표면처리와 본딩처리를 동시 병행적, 또는 순차적으로 행할 수 있어, 표면처리 직후에 본딩처리를 행하는 것이 가능하게 된다.
또, 본딩 암과 플라즈마 암을 일체로 하여 이동시키므로, 이동기구가 간단하게 된다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 본딩 장치에 의하면, 본딩 대상에 대한 표면처리와 본딩처리를 효율적으로 행하는 것이 가능하게 된다. 또, 마이크로 플라즈마에 의한 본딩 대상에 대한 표면처리가 가능하게 된다. 또, 마이크로 플라즈마에 의해, 본딩 대상의 표면을 제거한 후, 적당한 재료를 퇴적시키는 표면처리가 가능하게 된다.

Claims (6)

  1. 본딩 툴을 사용하여 본딩 대상에 본딩처리를 행하는 본딩 처리부와,
    선단부에 감긴 고주파 코일을 갖는 플라즈마 캐필러리를 포함하고, 고주파 코일의 전력공급에 의해, 플라즈마 캐필러리의 내부에서 플라즈마화 한 가스를 플라즈마 캐필러리의 선단부의 개구로부터 본딩 대상에 분출시켜 표면처리를 행하는 유도 결합형의 마이크로 플라즈마 발생부와,
    플라즈마 캐필러리의 속에 삽입되는 소정 재료의 세선의 선단 위치를 플라즈마 캐필러리의 내부에서 가스가 플라즈마화 하는 플라즈마 영역과의 관계에서 변경하는 수단으로서, 세선의 선단 위치가 플라즈마 영역의 외측에 있고, 본딩 대상물의 표면을 플라즈마화 한 가스로 제거하는 제거 위치와, 세선의 선단 위치가 플라즈마 영역의 내측에 있고, 세선의 재료를 플라즈마화 한 가스와 함께 본딩 대상물에 분출시켜 퇴적시키는 퇴적 위치와의 사이에서 변경하는 위치변경 수단과,
    위치변경 수단에 의해 마이크로 플라즈마 발생부에서의 세선 위치를 표면제거 위치로 이동시켜 본딩 대상물의 표면을 제거한 뒤, 세선 위치를 퇴적 위치로 이동시켜서 본딩 대상물에 소정 재료를 퇴적시키는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  2. 절연체로 구성되는 통 형상의 캐필러리이고, 고주파 전력이 공급되는 고주파 코일이 선단부 외주에 감기고, 내부에 본딩 와이어가 삽입 통과시켜지는 캐필러리 와,
    캐필러리 내부에 가스를 공급하는 가스공급 수단과,
    본딩 와이어의 선단 위치를 변경하는 위치변경 수단과,
    와이어 본딩처리를 제어하는 제어부를 구비하고,
    위치변경 수단은 캐필러리의 속에 삽입되는 본딩 와이어의 선단 위치를 와이어 본딩 하기 위한 본딩처리 위치와,
    캐필러리에 가스가 공급되고 고주파 코일에 고주파 전력이 공급될 때에 캐필러리의 내부에서 가스가 플라즈마화 하는 플라즈마 영역의 외측이고, 본딩 대상물의 표면이 플라즈마화 한 가스로 제거되는 제거 위치와,
    플라즈마 영역의 내측이고, 본딩 와이어의 재료를 플라즈마화 한 가스와 함께 본딩 대상물에 분출시켜 퇴적시키는 퇴적 위치와의 사이에서 변경하고,
    제어부는 위치변경 수단에 의해 본딩 와이어의 위치를 표면제거 위치로 이동시키고 본딩 대상물의 표면을 제거한 뒤, 본딩 와이어의 위치를 퇴적 위치로 이동시켜 본딩 대상물에 본딩 와이어의 재료를 퇴적시키고,
    다음에, 본딩와이어의 위치를 본딩처리 위치로 이동시키고, 본딩 와이어 재료가 퇴적된 부위에 본딩처리를 행하게 하는 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  3. 본딩 캐필러리를 갖는 본딩 암을 사용하여 본딩 대상에 본딩처리를 행하는 본딩 처리부와,
    선단부에 감긴 고주파 코일을 갖는 플라즈마 캐필러리이고, 고주파 코일에의 전력공급에 의해, 플라즈마 캐필러리의 내부에서 플라즈마화 한 가스를 플라즈마 캐필러리의 선단부의 개구로부터 본딩 대상에 분출시켜 표면처리를 행하는 플라즈마 캐필러리와,
    플라즈마 캐필러리를 선단에 갖는 플라즈마 암을 사용하여 본딩 대상에 표면처리를 행하는 플라즈마 처리부와,
    플라즈마 캐필러리의 속에 삽입되는 소정 재료의 세선의 선단 위치를 플라즈마 캐필러리의 내부에서 가스가 플라즈마화 하는 플라즈마 영역과의 관계에서 변경하는 수단이며, 세선의 선단 위치가 플라즈마 영역의 외측에 있고, 본딩 대상물의 표면을 플라즈마화 한 가스로 제거하는 제거 위치와, 세선의 선단 위치가 플라즈마 영역의 내측에 있고, 세선의 재료를 플라즈마화 한 가스와 함께 본딩 대상물에 분출시켜 퇴적시키는 퇴적 위치 사이에서 변경하는 위치변경 수단과,
    본딩 암의 동작과 플라즈마 암의 동작을 연동하여 제어하는 제어부를 구비하고,
    제어부는 위치변경 수단에 의해 플라즈마 캐필러리에서의 세선 위치를 표면제거 위치로 이동시켜 본딩 대상물의 표면을 제거한 뒤, 세선 위치를 퇴적 위치로 이동시켜 본딩 대상물에 소정 재료를 퇴적시키고,
    다음에 본딩 처리부에 의해, 소정 재료가 퇴적된 부위에 본딩처리를 행하게 하는 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    본딩 처리부는 본딩용 스테이지에 유지된 본딩 대상에 대하여 본딩처리를 행하고,
    플라즈마 처리부는 본딩 처리부에서 처리되는 본딩 대상과 동일 종류이며 표면처리용 스테이지에 유지된 본딩 대상에 대하여 표면처리를 행하고,
    제어부는 동 종류의 각 본딩 대상의 동일한 부위에서 각각 본딩처리와 표면처리를 연동하여 행하게 하는 제어를 하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    제어부는 동일한 본딩 대상에 대해 본딩처리와 표면처리를 연동하여 행하게 하는 제어를 하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 제어부는 본딩 암과 플라즈마 암을 일체로 하여 이동시키는 제어를 하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
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