特許 5686912 バンプ形成方法、バンプ形成装置及び半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5686912

(24)【登録日】2015年1月30日

(45)【発行日】2015年3月18日

(54)【発明の名称】バンプ形成方法、バンプ形成装置及び半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20150226BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/92 604K

【請求項の数】12

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-30413(P2014-30413)

(22)【出願日】2014年2月20日

【審査請求日】2014年4月24日

【審判番号】不服2014-20473(P2014-20473/J1)

【審判請求日】2014年10月9日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000146722

【氏名又は名称】株式会社新川

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】吉野 浩章

(72)【発明者】

【氏名】富山 俊彦

【合議体】

【審判長】 小野田 誠

【審判官】 加藤 浩一

【審判官】 松本 貢

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２２０６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０３８２５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H01L21/60

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワイヤが挿通されたボンディングツールを用いて半導体装置用のバンプを形成する方法であって、
前記ボンディングツールを基準面の第１地点に向かって下降させて、前記ボンディングツールの先端から延出した前記ワイヤの先端を前記第１地点にボンディングするボンディング工程と、
前記ボンディングツールの先端から前記ワイヤを繰り出しながら前記ボンディングツールを前記基準面に対して垂直方向に沿って第１の高さまで移動させ、その後、前記基準面の第２地点に向かって移動させるワイヤ繰出工程と、
前記基準面の前記第２地点において前記ボンディングツールで前記ワイヤの一部を押圧することによって、前記ワイヤに薄肉部を形成する薄肉部形成工程と、
前記ボンディングツールを前記ワイヤの前記薄肉部とともに前記基準面の第３地点の上方に向かって前記第１の高さよりも高い第２の高さまで移動させて、前記第１地点にボンディングされた前記ワイヤを前記基準面から立ち上がるように整形するワイヤ整形工程と、
前記ワイヤを前記薄肉部において切断することによって、前記第１地点に前記基準面から立ち上がる形状を有するバンプを形成するバンプ形成工程と、
を含み、
前記第３地点は、前記第２地点と前記第１地点とを結ぶ直線上の地点であって、前記第３地点と前記第２地点との間に前記第１地点が配置される関係にある地点である、ことを特徴とするバンプ形成方法。

【請求項2】

前記ワイヤ繰出工程において、前記ボンディングツールを前記第１の高さを維持しながら前記第２地点に向かって平行方向に沿って移動させ、その後、前記第２地点に向かって前記基準面に対して垂直方向に沿って移動させる、請求項１記載のバンプ形成方法。

【請求項3】

前記ワイヤ繰出工程において、前記ボンディングツールを前記第１の高さから前記第２地点に向かって所定の曲線を描くように移動させる、請求項１記載のバンプ形成方法。

【請求項4】

ワイヤが挿通されたボンディングツールを用いて半導体装置用のバンプを形成する方法であって、
前記ボンディングツールを基準面の第１地点に向かって下降させて、前記ボンディングツールの先端から延出した前記ワイヤの先端を前記第１地点にボンディングするボンディング工程と、
前記ボンディングツールの先端から前記ワイヤを繰り出しながら前記ボンディングツールを前記第２地点の上方に向かって所定の曲線を描くように第１の高さまで移動させ、その後、前記第２地点に向かって前記基準面に対して垂直方向に沿って移動させるワイヤ繰出工程と、
前記基準面の前記第２地点において前記ボンディングツールで前記ワイヤの一部を押圧することによって、前記ワイヤに薄肉部を形成する薄肉部形成工程と、
前記ボンディングツールを前記ワイヤの前記薄肉部とともに前記基準面の前記第３地点の上方に向かって前記第１の高さよりも高い第２の高さまで移動させて、前記第１地点にボンディングされた前記ワイヤを前記基準面から立ち上がるように整形するワイヤ整形工程と、
前記ワイヤを前記薄肉部において切断することによって、前記第１地点に前記基準面から立ち上がる形状を有するバンプを形成するバンプ形成工程と、
を含み、
前記第３地点は、前記第２地点と前記第１地点とを結ぶ直線上の地点であって、前記第３地点と前記第２地点との間に前記第１地点が配置される関係にある地点である、ことを特徴とするバンプ形成方法。

【請求項5】

前記ワイヤ整形工程において、前記ボンディングツールを前記基準面に対して垂直方向に沿って前記第２の高さまで移動させ、その後、前記第２の高さを維持しながら前記第３地点に向かって平行方向に沿って移動させる、請求項１から４のいずれか一項に記載のバンプ形成方法。

【請求項6】

前記ワイヤ整形工程において、前記ボンディングツールを前記第３地点の上方に向かって所定の曲線を描くように前記第２の高さまで移動させる、請求項１から４のいずれか一項に記載のバンプ形成方法。

【請求項7】

前記ワイヤ整形工程後であって前記ワイヤ切断工程前において、前記ボンディングツールの先端から前記ワイヤを繰り出しながら前記ボンディングツールを上昇させる工程をさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のバンプ形成方法。

【請求項8】

前記バンプ形成工程において、ワイヤクランパによって前記ワイヤを拘束させた状態で、前記ボンディングツールをさらに上昇させることによって前記ワイヤを前記薄肉部において切断する、請求項７記載のバンプ形成方法。

【請求項9】

前記ボンディング工程前に、前記ワイヤの先端をボール状にする工程をさらに含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のバンプ形成方法。

【請求項10】

前記薄肉部形成工程において、前記ワイヤの前記薄肉部の厚さが前記ワイヤの直径の略半分となるように前記ワイヤを押圧する、請求項１から９のいずれか一項に記載のバンプ形成方法。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一項に記載されたバンプ形成方法を含む、半導体装置の製造方法。

【請求項12】

ワイヤが挿通されたボンディングツールを用いて半導体装置用のバンプを形成するバンプ形成装置であって、
前記ボンディングツールの動作を制御する制御部を備え、
前記制御部が、
前記ボンディングツールを基準面の第１地点に向かって下降させて、前記ボンディングツールの先端から延出した前記ワイヤの先端を前記第１地点にボンディングするボンディング工程と、
前記ボンディングツールの先端から前記ワイヤを繰り出しながら前記ボンディングツールを前記第１地点から離れる方向に第１の高さまで移動させ、その後、前記基準面の第２地点に向かって移動させるワイヤ繰出工程と、
前記基準面の前記第２地点において前記ボンディングツールで前記ワイヤの一部を押圧することによって、前記ワイヤに薄肉部を形成する薄肉部形成工程と、
前記ボンディングツールを前記ワイヤの前記薄肉部とともに前記基準面の第３地点の上方に向かって前記第１の高さよりも高い第２の高さまで移動させて、前記第１地点にボンディングされた前記ワイヤを前記基準面から立ち上がるように整形するワイヤ整形工程と、
前記ワイヤを前記薄肉部において切断することによって、前記第１地点に前記基準面から立ち上がる形状を有するバンプを形成するバンプ形成工程と、
を実行するように構成され、
前記第３地点は、前記第２地点と前記第１地点とを結ぶ直線上の地点であって、前記第３地点と前記第２地点との間に前記第１地点が配置される関係にある地点であることを特徴とするバンプ形成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バンプ形成方法、バンプ形成装置及び半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置用のバンプ形成方法として、ワイヤボンディング方法を適用したバンプ形成方法が知られている。例えば、半導体ダイの電極上に、ワイヤの先端に形成された圧着ボールをボンディングし、この圧着ボール上に、ワイヤからなる一定の高さのネック部を形成することによって、バンプを形成する方法が知られている（特許文献１参照）。このようなバンプはスタッドバンプ（登録商標）と呼ばれることがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４５０９０４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記特許文献１の発明においては、バンプの高さが一定以上となった場合、ワイヤのネック部を直立させることが難しく、またボンディングツールによる操作によってワイヤを切断することが難しい場合があった。また、その他の従来技術として、複数のバンプを積み重ねたスタックドバンプの形成方法が知られているが、この方法においては、各バンプをスタックさせること自体が煩雑かつ時間を要してしまうことや、あるいはバンプの位置ずれの発生や所望のバンプの強度が得られないといった課題があった。

【0005】

他方、昨今、ＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ）やＰＯＰ（Ｐａｃｋａｇｅ Ｏｎ Ｐａｃｋａｇｅ）などの３次元実装形態が主流になりつつあるところ、このような実装形態においては、ある程度制限された狭ピッチ間隔に一定以上の高さを有するバンプを形成することが求められ、このようなバンプを、より簡便で効率的に形成することに対する需要が高まっている。

【0006】

そこで、本発明は、上記した課題を解決することができるバンプ形成方法、バンプ形成装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係るバンプ形成方法は、ワイヤが挿通されたボンディングツールを用いて半導体装置用のバンプを形成する方法であって、ボンディングツールを基準面の第１地点に向かって下降させて、ボンディングツールの先端から延出したワイヤの先端を第１地点にボンディングするボンディング工程と、ボンディングツールの先端からワイヤを繰り出してボンディングツールを第１地点から離れる方向に移動させるワイヤ繰出工程と、基準面の第２地点においてボンディングツールでワイヤの一部を押圧することによって、ワイヤに薄肉部を形成する薄肉部形成工程と、ボンディングツールをワイヤの薄肉部とともに移動させて、第１地点にボンディングされたワイヤを基準面から立ち上がるように整形するワイヤ整形工程と、ワイヤを薄肉部において切断することによって、第１地点に基準面から立ち上がる形状を有するバンプを形成するバンプ形成工程と、を含む。

【0008】

上記構成によれば、ボンディングツールによってワイヤに薄肉部を形成し、第１地点にボンディングされたワイヤを基準面から立ち上がるように整形した後、ワイヤを薄肉部において切断することによって、第１地点に基準面から立ち上がる形状を有するバンプを形成する。したがって、所望の高さを有するバンプをより簡便で効率的に形成することができる。

【0009】

上記バンプ形成方法において、ワイヤ繰出工程において、ボンディングツールを基準面に対して垂直方向に沿って所定の高さまで移動させ、所定の高さを維持して第２地点に向かって平行方向に沿って移動させ、かつ、第２地点に向かって基準面に対して垂直方向に沿って移動させることも可能である。

【0010】

上記バンプ形成方法において、ワイヤ繰出工程において、ボンディングツールを基準面に対して垂直方向に沿って所定の高さまで移動させ、かつ、第２地点に向かって所定の曲線を描くように移動させることも可能である。

【0011】

上記バンプ形成方法において、ワイヤ繰出工程において、ボンディングツールを第２地点の上方に向かって所定の曲線を描くように所定の高さまで移動させ、かつ、第２地点に向かって基準面に対して垂直方向に沿って移動させることも可能である。

【0012】

上記バンプ形成方法において、ワイヤ整形工程において、ボンディングツールを基準面の第３地点の上方に向かって移動させ、第３地点は、第２地点と第１地点とを結ぶ直線上の地点であって、第３地点と第２地点との間に第１地点が配置される関係にある地点とすることも可能である。

【0013】

上記バンプ形成方法において、ワイヤ整形工程において、ボンディングツールを基準面に対して垂直方向に沿って所定の高さまで移動させ、かつ、所定の高さを維持して第３地点に向かって平行方向に沿って移動させることも可能である。

【0014】

上記バンプ形成方法において、ワイヤ整形工程において、ボンディングツールを第３地点の上方に向かって所定の曲線を描くように所定の高さまで移動させることも可能である。

【0015】

上記バンプ形成方法において、ワイヤ整形工程後であってワイヤ切断工程前において、ボンディングツールの先端からワイヤを繰り出してボンディングツールを上昇させる工程をさらに含むことも可能である。

【0016】

上記バンプ形成方法において、バンプ形成工程において、ワイヤクランパによってワイヤを拘束させた状態で、ボンディングツールをさらに上昇させることによってワイヤを薄肉部において切断することも可能である。

【0017】

上記バンプ形成方法において、ボンディング工程前に、ワイヤの先端をボール状にする工程をさらに含むことも可能である。

【0018】

上記バンプ形成方法において、薄肉部形成工程において、ワイヤの薄肉部の厚さがワイヤの直径の略半分となるようにワイヤを押圧することも可能である。

【0019】

本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、上記バンプ形成方法を含む。

【0020】

本発明の一態様に係るバンプ形成装置は、ワイヤが挿通されたボンディングツールを用いて半導体装置用のバンプを形成するバンプ形成装置であって、ボンディングツールの動作を制御する制御部を備え、制御部が、ボンディングツールを基準面の第１地点に向かって下降させて、ボンディングツールの先端から延出したワイヤの先端を第１地点にボンディングするボンディング工程と、ボンディングツールの先端からワイヤを繰り出してボンディングツールを第１地点から離れる方向に移動させるワイヤ繰出工程と、基準面の第２地点においてボンディングツールでワイヤの一部を押圧することによって、ワイヤに薄肉部を形成する薄肉部形成工程と、ボンディングツールをワイヤの薄肉部とともに移動させて、第１地点にボンディングされたワイヤを基準面から立ち上がるように整形するワイヤ整形工程と、ワイヤを薄肉部において切断することによって、第１地点に基準面から立ち上がる形状を有するバンプを形成するバンプ形成工程と、を実行するように構成されている。

【0021】

上記構成によれば、ボンディングツールによってワイヤに薄肉部を形成し、第１地点にボンディングされたワイヤを基準面から立ち上がるように整形した後、ワイヤを薄肉部において切断することによって、第１地点に基準面から立ち上がる形状を有するバンプを形成する。したがって、所望の高さを有するバンプをより簡便で効率的に形成することができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、所望の高さを有するバンプをより簡便で効率的に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、本実施形態に係るバンプ形成装置の構成図である。

【図2】図２（Ａ）〜（Ｅ）は、本実施形態に係るバンプ形成方法を示す図である。

【図3】図３（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態に係るバンプ形成方法を示す図である。

【図4】図４は、本実施形態に係るバンプ形成方法を説明するためのタイミングチャートである。

【図5】図５（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施形態に係るバンプ形成方法によって形成された複数のバンプを示す図（写真）である。

【図6】図６は、本実施形態に係るバンプ形成方法によって形成されたバンプを備える半導体装置の一例を示す図である。

【図7】図７は、本実施形態の変形例に係るバンプ形成方法を説明するためのタイミングチャートである。

【図8】図８は、本実施形態の変形例に係るバンプ形成方法を説明するためのタイミングチャートである。

【図9】図９は、本実施形態の変形例に係るバンプ形成方法を説明するためのタイミングチャートである。

【図10】図１０は、本実施形態の変形例に係るバンプ形成方法を説明するためのタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。

【0025】

図１は、本実施形態に係るバンプ形成装置の構成図である。このバンプ形成装置は、例えばワイヤボンディングの技術分野で用いられるボンディング装置である。

【0026】

図１に示すように、本実施形態に係るバンプ形成装置１は、制御部１０、基台１１、ＸＹテーブル１２、ボンディングヘッド１３、トーチ電極１４、キャピラリ１５、超音波ホーン１６、ワイヤクランパ１７、ワイヤテンショナ１８、回転スプール１９、ボンディングステージ２０、ヒータ２１、操作部４０、ディスプレイ４１、およびカメラ４２等を備えて構成される。

【0027】

以下の実施形態では、ボンディング対象となる半導体デバイス（例えば半導体ダイ）やリードフレームに平行な平面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面に垂直な方向をＺ方向とする。キャピラリ１５の先端位置は、Ｘ座標、Ｙ座標、およびＺ座標で表される空間座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で特定される。

【0028】

基台１１は、ＸＹテーブル１２を摺動可能に載置して構成されている。ＸＹテーブル１２は、制御部１０からの駆動信号に基づいてキャピラリ１５をＸＹ平面で所定の位置に移動可能な移動装置である。

【0029】

ボンディングヘッド１３は、ボンディングアーム（図示しない）と一体に形成されており、制御部１０からの駆動信号に基づいて超音波ホーン１６をＺ方向に移動可能に保持する移動装置である。ボンディングヘッド１３は軽量な低重心構造を備えており、ＸＹテーブル１２の移動に伴って発生する慣性力によるキャピラリ１５の動きを抑制可能に構成されている。

【0030】

超音波ホーン１６は、末端から先端にかけて、末端部、フランジ部、ホーン部、および先端部の各部で構成された棒状部材である。末端部は、制御部１０からの駆動信号に応じて振動する超音波発振器１６１が配置されている。フランジ部は超音波振動の節となる位置でボンディングアームを介してボンディングヘッド１３に共振可能に取り付けられている。ホーン部は、末端部の径に比べて長く延在するアームであり、超音波発振器１６１による振動の振幅を拡大して先端部に伝える構造を備えている。先端部はキャピラリ１５を交換可能に保持する取付部となっている。超音波ホーン１６は全体として超音波発振器１６１の振動に共鳴する共振構造を備えており、共振時の振動の節に超音波発振器１６１およびフランジが位置し、振動の腹にキャピラリ１５が位置するような構造に構成されている。これらの構成により、超音波ホーン１６は電気的な駆動信号を機械的な振動に変換するトランスデューサとして機能する。

【0031】

キャピラリ１５は、ボンディングに用いられるボンディングツールの一部位である。キャピラリ１５には、挿通穴が設けられており、ボンディングに使用するワイヤｗが挿通され繰り出し可能に構成されている。キャピラリ１５はバネ力等により交換可能に超音波ホーン１６に取り付けられている。

【0032】

ワイヤクランパ１７は、制御部１０の制御信号に基づいて開閉動作を行う圧電素子を備えており、所定のタイミングでワイヤｗを把持したり解放したりすることが可能なように構成されている。

【0033】

ワイヤテンショナ１８は、ワイヤｗを挿通し、制御部１０の制御信号に基づいてワイヤｗに対する張力を自在に変更することにより、ボンディング中のワイヤｗに適度な張力を与えることが可能に構成されている。

【0034】

回転スプール１９は、ワイヤｗが巻き回されたリールを交換可能に保持しており、ワイヤテンショナ１８を通じて及ぼされる張力に応じてワイヤｗを繰り出すように構成されている。なお、ワイヤｗの材料は、加工の容易さと電気抵抗の低さから選択される。通常、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）等が用いられる。

【0035】

トーチ電極１４は、図示しない放電安定化抵抗を介して図示しない高電圧電源に接続されており、制御部１０からの制御信号に基づいてスパーク（放電）を発生し、スパークの熱によってキャピラリ１５の先端から繰り出されているワイヤｗの先端にボールを形成可能に構成されている。また、トーチ電極１４の位置は固定されており、放電時にはキャピラリ１５がトーチ電極１４から所定の距離まで接近し、ワイヤｗの先端とトーチ電極１４との間で適度なスパークを発生するようになっている。

【0036】

ボンディングステージ２０は、バンプを形成するためのワーク３０（例えば基板又は半導体ダイなど）を加工面に載置するステージである。ボンディングステージ２０の加工面の下部にはヒータ２１が設けられており、ワーク３０をボンディングに適する温度にまで加熱可能に構成されている。

【0037】

操作部４０は、トラックボール、マウス、ジョイスティック、タッチパネル等の入力手段を備え、オペレータの操作内容を制御部１０に出力する入力装置である。カメラ４２は、ボンディングステージ２０の加工面に載置されたワーク３０を撮影可能に構成されている。ディスプレイ４１は、カメラ４２で撮像された画像をオペレータに視認可能な所定の倍率で表示するようになっている。オペレータはディスプレイ４１に表示されるワーク３０を観察しながら操作部４０を操作してキャピラリ１５の軌跡を設定していく。

【0038】

制御部１０は、所定のソフトウェアプログラムに基づきバンプ形成装置１を制御する各種制御信号を出力可能に構成されている。具体的には、制御部１０は限定のない例示として以下の制御を行う。

【0039】

（１）図示しない位置検出センサからの検出信号に基づいてキャピラリ１５の先端の空間位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を特定し、上記プログラムにより規定される空間位置へキャピラリ１５を移動させる駆動信号をＸＹテーブル１２およびボンディングヘッド１３に出力すること。

【0040】

（２）ボンディング点へのボンディング時に超音波振動を発生させる制御信号を超音波ホーン１６の超音波発振器１６１に出力すること。

【0041】

（３）上記プログラムにより規定されるワイヤｗの繰り出し状況となるようにワイヤクランパ１７の開閉動作を制御する制御信号を出力すること。具体的にワイヤｗを繰り出す際にはワイヤクランパ１７を解放状態とし、ワイヤｗに屈曲点を形成する場合または切断する場合にはワイヤクランパ１７を拘束状態とする。

【0042】

（４）ワイヤｗの先端にボールを形成する時にトーチ電極１４に放電させるための制御信号を出力すること。
（５）カメラ４２からの画像をディスプレイ４１に出力すること。
（６）操作部４０の操作内容に基づいてボンディング点、屈曲点等の空間座標を特定すること。

【0043】

なお、上記バンプ形成装置１の構成は例示であり、上記に限定されない。例えば、Ｘ方向、Ｙ方向、またはＺ方向に移動させる移動装置はボンディングステージ２０側に設けてもよく、またバンプ形成装置１側およびボンディングステージ２０側の双方に設けることもできる。

【0044】

次に、本実施形態に係るバンプ形成方法について説明する。

【0045】

図２（Ａ）〜（Ｅ）及び図３（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態に係るバンプ形成方法を示したものであり、図４は、本実施形態に係るバンプ形成方法のタイミングチャートを示したものである。ここで、図４において、縦軸はキャピラリの高さ（すなわちキャピラリの先端のＺ座標）を示し、横軸はキャピラリの位置（すなわちキャピラリの中心軸のＸ座標）を示す。また、図４に記載された時刻ｔ１〜ｔ８は、本実施形態に係るバンプ形成方法について実行開始からの時間経過を示したものである。また、図２（Ｂ）〜（Ｅ）は図４の時刻ｔ１〜ｔ４に対応し、図３（Ａ）及び（Ｂ）は図４の時刻ｔ５及びｔ６に対応し、図３（Ｃ）は図４の時刻ｔ８に対応している。

【0046】

まず、バンプ形成装置１の基本的な動作について説明する。

【0047】

最初にすべきことは、制御部１０に、キャピラリ１５の先端１５ａの軌跡（図４参照）を設定することである。キャピラリ１５の移動方向を変更する変更点（すなわちＸＹＺ座標）を設定することにより、キャピラリ１５を所定の軌跡に沿って移動させることが可能となる。

【0048】

オペレータはカメラ４２で撮像された画像をディスプレイ４１にて観察しながら操作部４０を操作して、軌跡の変更点を設定していく。具体的には、操作部４０から座標情報を入力したりディスプレイ４１に表示されるマーカを所望の点に位置させて入力したりすることで、その点のＸ座標およびＹ座標を設定する。ワーク３０の基準面（例えばワーク３０の表面）からのＺ方向の変位を操作部４０から数値入力することで、Ｚ座標を設定する。

【0049】

これらから形成する総てのバンプに対して上記変更点の空間座標の設定を行ってからボンディング動作を開始させる。制御部１０は、設定された変更点の順番に従ってキャピラリ１５を、ワークの基準面に対して相対的に移動させ、ワイヤクランパ１７による解放および把持を繰り返しながら設定された軌跡に沿ってキャピラリ１５を移動させてボンディング動作を実行する。

【0050】

以下、図２〜図４を参照しつつ、本実施形態のバンプ形成方法の一例について説明する。以下の例では、ワークとして電極５２を有する基板５０を用い、当該電極５２上にバンプ６０を形成する場合について説明する。なお、以下の例では、キャピラリ１５の移動方向は、Ｙ方向において座標を固定している。

【0051】

まず、図２（Ａ）（時刻ｔ０）に示すように、ワイヤｗの先端にフリーエアーボールｆａｂを形成する。すなわち、キャピラリ１５の先端１５ａから延出したワイヤの一部に所定の高電圧に印加されたトーチ電極１４（図１参照）を近づけて、当該ワイヤの一部とトーチ電極１４との間で放電を発生させる。こうして、当該ワイヤの先端が表面張力によって溶融したフリーエアーボールｆａｂを形成する。ワイヤｗの先端にフリーエアーボールｆａｂを形成したら、キャピラリ１５を、基板５０の基準面の第１地点Ｘ１（例えば電極５２の中心点）に向かって下降させる。なお、図４において、図２（Ａ）の時刻ｔ０におけるキャピラリの軌跡は省略してある。

【0052】

次に、図２（Ｂ）（時刻ｔ１）に示すように、ワイヤｗのフリーエアーボールｆａｂを基準面の第１地点Ｘ１、すなわち基板５０の電極５２にボンディングする。キャピラリ１５が下降することによって、時刻ｔ１において、フリーエアーボールｆａｂが電極５２に当接するとともに、キャピラリ１５に付与されている荷重により、キャピラリ１５の先端１５ａによってフリーエアーボールｆａｂが変形する。キャピラリ１５の先端１５ａは、キャピラリ１５の挿通穴の開口端部である。

【0053】

第１地点Ｘ１でのボンディングのとき、制御部１０は超音波ホーン１６に制御信号を供給して超音波発振器１６１に超音波振動を発生させ、超音波ホーン１６及びキャピラリ１５を介して、フリーエアーボールｆａｂに超音波振動を加える。また、基板５０の電極５２は、ヒータ２１により所定の熱が加えられているので、フリーエアーボールｆａｂに加えられている荷重、超音波振動、及びヒータ２１により加えられている熱の相互作用によって、フリーエアーボールｆａｂが電極５２にボンディングされる。こうして、ワイヤからなるボール部６２が形成される。

【0054】

なお、図４に示すように、このボンディング時点（時刻ｔ１）におけるキャピラリ１５の高さはＺ０であり、実質的に基板５０の基準面の高さと同じである（厳密には、キャピラリ１５の先端１５ａは、ボール部６２の一部の高さ分だけ基準面よりも若干高い。）。

【0055】

次に、図２（Ｃ）（時刻ｔ２）に示すように、キャピラリ１５の先端からワイヤｗを繰り出してキャピラリ１５を第１地点から離れる方向に移動させる。例えば、図４における時刻ｔ１からｔ２までのキャピラリ１５の軌跡に示すように、キャピラリ１５を、第１地点Ｘ１においてＺ０からＺ１まで、基準面に対して垂直な方向に上昇させる。キャピラリ１５のＺ０からＺ１までの移動距離に応じて、キャピラリ１５の先端１５ａから所定の長さのワイヤｗが繰り出されることになる。

【0056】

そして、図２（Ｄ）（時刻ｔ３）に示すように、キャピラリ１５の先端からさらにワイヤｗを繰り出しながらキャピラリ１５を基準面の第２地点Ｘ２の方向へ移動させる。具体的には、図４における時刻ｔ２からｔ３までのキャピラリ１５の軌跡に示すように、キャピラリ１５を、高さＺ１において第１地点Ｘ１から第２地点Ｘ２の方向へ、基準面に対して平行な方向に移動させる。キャピラリ１５のＸ１からＸ２までの移動距離に応じて、キャピラリ１５の先端１５ａから所定の長さのワイヤｗがさらに繰り出されることになる。なお、第２地点Ｘ２は、基板５０の電極５２の外側の位置、及び／又は電極５２上に設けられるワイヤｗのボール部６２の外側の位置に設定される。

【0057】

その後、図２（Ｅ）（時刻ｔ４）に示すように、基準面の第２地点Ｘ２において、キャピラリ１５によってワイヤｗの一部を基板５０の基準面上で押し潰す。具体的には、図４における時刻ｔ３からｔ４までのキャピラリ１５の軌跡に示すように、キャピラリ１５を、第２地点Ｘ２においてＺ１からＺ０まで、基準面に対して垂直な方向に下降させる。キャピラリ１５が下降することによって、時刻ｔ４において、キャピラリ１５の先端１５ａが、ワイヤｗのうち、ボール部６２からキャピラリ１５の挿通穴まで延出した部分の一部に当接するとともに、キャピラリ１５に付与されている荷重により、キャピラリ１５の先端１５ａによって、ワイヤｗの当該一部が変形する。このとき同時に、ヒータ２１によってワイヤｗにおけるキャピラリ１５の先端１５ａによって押し潰された部分に熱を加えることもできる。

【0058】

第２地点Ｘ２におけるキャピラリ１５によるワイヤｗの押圧力は、第１地点Ｘ１におけるキャピラリ１５によるワイヤｗの押圧力よりも小さくすることもできる。また、第２地点Ｘ２における押圧力は、通常のワイヤボンディングにおけるセカンドボンディングの押圧力よりも小さくすることもできる。なお、第２地点Ｘ２における押圧のときに、必要に応じて、超音波及び／又はスクラブ動作を作動させることも可能である。

【0059】

こうして、第２地点Ｘ２において、ワイヤｗの薄肉部６４が形成される。この薄肉部６４は、キャピラリ１５の挿通穴の中心軸よりも僅かに第１地点Ｘ１に近い位置に設けられる。例えば薄肉部６４はキャピラリ１５の先端１５ａによるツール痕である。ワイヤｗの薄肉部６４は、ワイヤｗの直径よりも小さい厚みに構成される。薄肉部６４の厚さは、例えばワイヤｗの直径の５０％程度であってもよい。なお、時刻ｔ４においては、ワイヤｗは、薄肉部６４によってはまだ切断されてはおらず、ボール部６２からキャピラリ１５の挿通穴の内部にかけて一体的に延出した状態となっている。

【0060】

次に、図３（Ａ）（時刻ｔ５）に示すように、キャピラリ１５をワイヤｗの薄肉部６４とともに移動させる。例えば、図４における時刻ｔ４からｔ５までのキャピラリ１５の軌跡に示すように、キャピラリ１５を、第２地点Ｘ２においてＺ０からＺ２まで、基準面に対して垂直な方向に上昇させる。時刻ｔ５におけるキャピラリ１５の高さＺ２は、時刻ｔ２及びｔ３におけるキャピラリ１５の高さＺ１よりも高くてもよいし、あるいは実質的に同じであってもよい。なお、図３（Ａ）に示すように、ワイヤｗの薄肉部６４は、必ずしもキャピラリ１５の先端１５ａに接触した状態で上昇させる必要はなく、キャピラリ１５の先端１５ａから離れた状態でキャピラリ１５とともに上昇させることも可能である。

【0061】

その後、図３（Ｂ）（時刻ｔ６）に示すように、キャピラリ１５を第２地点Ｘ２から第３地点Ｘ３の方向へ移動させ、第１地点Ｘ１にボンディングされたワイヤｗ（ボール部６２を含む）を基準面から立ち上がるように整形する。例えば、図４における時刻ｔ５からｔ６までのキャピラリ１５の軌跡に示すように、キャピラリ１５を、高さＺ２において第２地点Ｘ２から第３地点Ｘ３の方向へ、基準面に対して平行な方向に移動させる。第３地点Ｘ３は、第２地点Ｘ２と第１地点Ｘ１とを結ぶ直線上の地点であって、第３地点Ｘ３と第２地点Ｘ２との間に第１地点Ｘ１が配置される関係にある地点である。図３（Ｂ）に示すように、キャピラリ１５の先端１５ａにおける第２地点Ｘ２側の部分（図３（Ｂ）の紙面の右側部分）が、第１地点Ｘ１の上方付近に位置するように、第３地点Ｘ３を設定することもできる。言い換えれば、キャピラリ１５の挿通穴の中心軸が、第１地点Ｘ１を基準として第２地点Ｘ２とは反対側の位置にあるように、第３地点Ｘ３を設定することもできる。すなわち、キャピラリ１５の中心軸が第１地点Ｘ１にボンディングされたワイヤｗの中心軸（Ｘ１と一致する）を超えるように、キャピラリ１５を移動させることによって、第１地点Ｘ１上にボンディングされたワイヤｗが基準面から垂直に立ち上がるように、ワイヤｗの癖を矯正することができる。

【0062】

次に、図４の時刻ｔ６からｔ７までの軌跡に示すように、キャピラリ１５を基準面に対して垂直な方向に高さＺ３まで上昇させる。このとき、ワイヤクランパ１７（図１参照）によってワイヤｗを解放状態とし、キャピラリ１５の移動量に伴いキャピラリ１５の先端から所定量のワイヤｗを繰り出す。すなわち、時刻ｔ６からｔ７までの繰り出し量が、次のバンプ形成のためのワイヤテールとなる。その後、ワイヤクランパ１７によってワイヤｗを拘束させた状態で、図４の時刻ｔ７からｔ８までの軌跡に示すようにキャピラリ１５を基準面に対して垂直な方向に高さＺ４までさらに上昇させる。こうして、ワイヤｗに強制的に引っ張り応力を加え、図３（Ｃ）に示すようにワイヤｗを薄肉部６４において切断する。なお、ワイヤクランパ１７は、時刻ｔ７からｔ８までの期間においてワイヤｗを拘束状態とし、それ以前の期間である少なくとも時刻ｔ１からｔ６までの期間においてワイヤｗを解放状態とする。

【0063】

こうして、基板５０の電極５２上に、基準面から立ち上がる形状（所定の高さ）を有するバンプ６０を形成することができる。基板５０に複数のバンプを形成する場合、上記した各工程を電極ごとに繰り返し行う。

【0064】

図３（Ｃ）に示すように、本実施形態に係るバンプ形成方法によって形成されたバンプ６０は、基準面にボンディングされたボール部６２と、ボール部６２上に基準面から立ち上がって形成されたネック部６６とを含む。ネック部６６の高さは、図４に示す高さＺ１と高さＺ０の差分に略等しい。ネック部６６は、上記した薄肉部６４がキャピラリ１５の移動によって切断された先端部６５を有している。図５（Ａ）に示すように、ネック部６６の先端部６５は、先端方向にかけてネック部６６の幅がより幅広となるような形状を有する。また、図５（Ｂ）に示すように、ネック部６６の先端部６５は、キャピラリ１５によって押し潰されてなる傾斜面を有し、先端にかけて先細りとなるような形状を有している。

【0065】

以上のとおり、本実施形態に係るバンプ形成方法によれば、ボンディングツール（キャピラリ１５）によってワイヤｗに薄肉部６４を形成し、第１地点Ｘ１にボンディングされたワイヤｗを基準面から立ち上がるように整形した後、ワイヤｗを薄肉部６４において切断することによって、第１地点Ｘ１に基準面から立ち上がる形状を有するバンプを形成する。したがって、所望の高さを有するバンプ６０をより簡便で効率的に形成することができる。

【0066】

上記したバンプ形成方法を用いて半導体装置を製造することができる。この半導体装置は、上記各工程によって形成したバンプ６０を備える。バンプ６０は、ある程度制限された狭ピッチ間隔に一定以上の高さが求められる用途に特に好適である。

【0067】

図６に示すように、本実施形態に係るバンプ１６０をＰＯＰ（Ｐａｃｋａｇｅ Ｏｎ Ｐａｃｋａｇｅ：パッケージオンパッケージ）の実装形態を有する半導体装置１００に適用することもできる。この半導体装置１００は、半導体ダイ１１２及び基板１１４がワイヤ１１６を介して電気的に接続されて構成された第１のパッケージ１１０と、半導体ダイ１２２及び基板１２４がワイヤ１２６を介して電気的に接続されて構成された第２のパッケージ１２０とを備え、第１のパッケージ１１０上に第２のパッケージ１２０が積層されている。第１のパッケージ１１０は、基板１１４上にバンプ１６０が形成されており、バンプ１６は、基板１１４上に搭載された半導体ダイ１１２や、ワイヤ１１６よりも高く構成されている。これによって、所定のピッチ間隔を保ちながらパッケージ１１０の上面に外部との電気的な接続部を提供することができる。 なお、本実施形態に係るバンプ形成方法によって形成された半導体装置用バンプは、上記した半導体装置の例に限るものではなく、他の様々な態様に適用することができる。

【0068】

本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。

【0069】

ボンディングツール（キャピラリ１５）の移動の軌跡は、図４の矢印に示す態様に限るものではなく様々な態様を採ることができる。

【0070】

ここで、図７〜図１０は、キャピラリ１５の移動の軌跡の変形例を示したものである。なお、キャピラリ１５の空間座標及びそれによる処理内容は、上記実施形態の説明と同様である。以下の変形例では、第１地点Ｘ１においてワイヤをボンディングした後から第１地点Ｘ１においてワイヤを立ち上げ整形するまでの間のキャピラリ１５の移動の軌跡が図４に示す例と異なっている。

【0071】

例えば、図７に示すように、時刻ｔ１からｔ２にかけて、キャピラリ１５を第２地点Ｘ２の上方に向かって所定の曲線（例えば図示するように基準面側が凹状をなす向きの曲線）を描くように高さＺ１まで移動させることもできる。すなわち、キャピラリ１５を半円状の軌跡を描くように移動させることもできる。これによれば、第１地点Ｘ１における高さＺ１の座標を経由することなくキャピラリ１５を第２地点Ｘ２の上方に配置することができるため、キャピラリの移動距離を短くしてより効率的にバンプを形成することができる。また、第１地点Ｘ１にボンディングされたワイヤの形状を損なうことなくキャピラリ１５を移動させることができる。なお、図７における時刻ｔ２〜ｔ７までのキャピラリ１５の移動の軌跡は、図４における時刻ｔ３〜ｔ８について説明したとおりである。

【0072】

あるいは、図８に示すように、図７の例と同様に時刻ｔ１からｔ３までキャピラリ１５を移動させた後、時刻ｔ３からｔ４にかけて、キャピラリ１５を第３地点Ｘ３の上方に向かって所定の曲線（例えば図示するように基準面側が凹状をなす向きの曲線）を描くように高さＺ２まで移動させることもできる。これによれば、第１地点Ｘ１における高さＺ２の座標を経由することなくキャピラリ１５を第３地点Ｘ３の上方に配置することができるため、キャピラリの移動距離を短くしてより効率的にバンプを形成することができる。また、第１地点Ｘ１にボンディングされたワイヤの形状を損なうことなくキャピラリ１５を移動させることができる。なお、図８における時刻ｔ４〜ｔ６までのキャピラリ１５の移動の軌跡は、図４における時刻ｔ６〜ｔ８について説明したとおりである。

【0073】

あるいは、図９に示すように、図４の例と同様に時刻ｔ１からｔ２までキャピラリ１５を移動させた後、時刻ｔ２からｔ３にかけて、キャピラリ１５を第２地点Ｘ２に向かって所定の曲線（例えば図示するように基準面側が凹状をなす向きの曲線）を描くように移動させることもできる。これによれば、第２地点Ｘ２における高さＺ１の座標を経由することなくキャピラリ１５を第２地点Ｘ２に配置することができるため、キャピラリの移動距離を短くしてより効率的にバンプを形成することができる。また、第１地点Ｘ１にボンディングされたワイヤの形状を損なうことなくキャピラリ１５を移動させることができる。なお、図９における時刻ｔ３〜ｔ７までのキャピラリ１５の移動の軌跡は、図４における時刻ｔ４〜ｔ８について説明したとおりである。

【0074】

あるいは、図１０に示すように、図９の例と同様に時刻ｔ１からｔ３までキャピラリ１５を移動させた後、図８の例と同様に時刻ｔ３からｔ４にかけてキャピラリ１５を移動させることもできる。なお、図１０における時刻ｔ４からｔ６までのキャピラリ１５の移動の軌跡は、図４における時刻ｔ６〜ｔ８について説明したとおりである。

【0075】

また、上記実施形態では、最初に、図２（Ａ）に示すようにワイヤｗの先端にボールｆａｂを形成する例を説明したが、上記ボール形成工程は省略することもできる。例えば、ワイヤの材料としてアルミニウムを用いた場合はボールを形成することなく、ワイヤの一部を第１地点Ｘ１にボンディングすることもできる。

【0076】

また、上記実施形態では、キャピラリ１５を、第１地点Ｘ１を基準として第２地点Ｘ２とは反対側の位置である第３地点Ｘ３まで移動させることによってワイヤｗの形状を整形する例を説明したが、ワイヤｗが第１地点Ｘ１上に立ち上がる形状に整形できれば、キャピラリの移動態様はこれに限定されるものではない。例えば、キャピラリ１５を、Ｙ座標を固定して第２地点Ｘ２から第１地点Ｘ１まで移動させることもできる。また、この場合、Ｙ座標を変動させることもできる。本実施形態に係るバンプ形成方法において、第１地点Ｘ１上に立ち上がる形状を有するバンプを形成するためのキャピラリ１５の移動態様は、ワイヤの材質、ワイヤの押圧力、キャピラリ１５が描く軌跡によってワイヤに加えられる負荷等に基づいて様々に変形可能である。

【0077】

上記発明の実施形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせ又は変更若しくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0078】

１５…ボンディングツール（キャピラリ）、１７…ワイヤクランパ、６０…バンプ、６４…薄肉部、ｗ…ワイヤ、ｆａｂ…フリーエアーボール、Ｘ１…第１地点、Ｘ２…第２地点、Ｘ３…第３地点

【要約】      （修正有）

【課題】所望の高さを有するバンプをより簡便で効率的に形成したバンプ形成方法、バンプ形成装置及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】ワイヤが挿通されたボンディングツール１５を基準面の第１地点Ｘ１に向かって下降させて、ツール１５の先端から延出したワイヤの先端を第１地点Ｘ１にボンディングする工程と、ツール１５の先端からワイヤを繰り出してツール１５を第１地点Ｘ１から離れる方向に移動させるワイヤ繰出工程と、基準面の第２地点Ｘ２においてツール１５でワイヤの一部を押圧することによって、ワイヤに薄肉部６４を形成する工程と、ツール１５をワイヤの薄肉部６４とともに移動させて、第１地点Ｘ１にボンディングされたワイヤを基準面から立ち上がるように整形する工程と、ワイヤを薄肉部６４において切断することによって、第１地点Ｘ１に基準面から立ち上がる形状を有するバンプ６０を形成する工程と、を含む。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図5】