特開 2024-11603 半導体装置の製造装置および製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024011603

(43)【公開日】2024-01-25

(54)【発明の名称】半導体装置の製造装置および製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20240118BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 301G

H01L21/60 301L

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022113749

(22)【出願日】2022-07-15

(71)【出願人】

【識別番号】519294332

【氏名又は名称】株式会社新川

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】丸矢 裕介

(72)【発明者】

【氏名】吉野 浩章

【テーマコード（参考）】

5F044

【Ｆターム（参考）】

5F044BB01

5F044BB06

5F044CC05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】製造する半導体装置の品質をより向上させる製造装置を提供する。
【解決手段】オーバーハングした部分にボンディング点を有するオーバーハングダイ１０２にワイヤ１０８をボンディングして半導体装置を製造する製造装置１０は、キャピラリ１８と、ボンディングアーム１４と、キャピラリが受ける荷重を検出荷重Ｌｄとして検出する荷重センサ２２と、検出荷重をモニタリングしながらキャピラリを下降させ、検出荷重が規定の接地荷重Ｌａ以上となった場合にキャピラリが接地したと判断するコントローラ３４と、を備える。コントローラは、キャピラリの下降の過程で、所定の修正条件を満たす場合、修正条件を充足した時点での検出荷重がゼロになるように、荷重センサ２２のオフセットを修正する。修正条件は、検出荷重が所定の単位時間前に検出された検出荷重である過去検出荷重から変化し、かつ、その変化量が接地荷重より小さい基準荷重Ｌｓ以下である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

オーバーハングした部分にボンディング点を有するダイにワイヤをボンディングして半導体装置を製造するボンディング装置であって、
前記ワイヤが挿通されるキャピラリと、前記キャピラリを昇降可能に保持するボンディングアームと、
前記キャピラリが受ける荷重を検出荷重として検出する荷重センサと、
前記検出荷重をモニタリングしながらオーバーハングした前記ボンディング点に前記キャピラリを下降させ、前記検出荷重が規定の接地荷重以上となった場合に前記キャピラリが接地したと判断するコントローラと、
を備え、前記コントローラは、前記キャピラリの下降の過程で、所定の修正条件を満たす場合、前記修正条件を充足した時点での前記検出荷重がゼロになるように、前記荷重センサのオフセットを修正し、
前記修正条件は、前記検出荷重が所定の単位時間前に検出された前記検出荷重である過去検出荷重から変化し、かつ、その変化量が前記接地荷重より小さい基準荷重以下である、
ことを特徴とする製造装置。

【請求項2】

請求項１に記載の製造装置であって、さらに、
前記荷重センサの出力値から特定の周波数成分を除去するノッチフィルタを備える、ことを特徴とする製造装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の製造装置であって、
前記ボンディングアームを付勢する板バネを備え、
前記コントローラは、オーバーハングした前記ボンディング点に前記ワイヤをボンディングした後、前記キャピラリを上昇させる際の指令トルクに、前記板バネの付勢力を打ち消すトルクである補正トルクを加算する、
ことを特徴とする製造装置。

【請求項4】

請求項３に記載の製造装置であって、
前記コントローラは、前記キャピラリが上昇するにつれて前記補正トルクが小さくなるように、前記補正トルクを前記キャピラリの位置に応じて変化させる、ことを特徴とする製造装置。

【請求項5】

オーバーハングした部分にボンディング点を有するダイにワイヤをボンディングして半導体装置を製造する製造方法であって、
前記ワイヤが挿通されるキャピラリをオーバーハングした前記ボンディング点に下降させるとともに、前記キャピラリが受ける荷重を検出荷重として荷重センサで検出し、前記検出荷重が規定の接地荷重以上となった場合に前記キャピラリが接地したと判断する接地探索ステップを備え、
前記接地探索ステップにおいて、所定の修正条件を満たす場合、前記修正条件を充足した時点での前記検出荷重がゼロになるように、前記荷重センサのオフセットを修正し、
前記修正条件は、前記検出荷重が所定の単位時間前に検出された前記検出荷重である過去検出荷重から変化し、かつ、その変化量が前記接地荷重より小さい基準荷重以下である、
ことを特徴とする製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、オーバーハングダイにワイヤをボンディングして半導体装置を製造する製造装置および製造方法を開示する。

【背景技術】

【0002】

従来から、半導体ダイのパッドに、キャピラリに挿通されたワイヤをボンディングして半導体装置を製造する製造装置が知られている。かかる製造装置において、キャピラリは、揺動可能なボンディングアームに取り付けられている。また、製造装置は、ワイヤをパッドにボンディングした後、キャピラリを上昇させてワイヤループを形成する。

【0003】

近年、下層の半導体ダイやスペーサなどからはみ出したオーバーハングダイが用いられるようになってきた。かかるオーバーハングダイは、端部が、空中に浮いた自由端となっている。そのため、自由端に設けられたパッドにワイヤをボンディングすると、オーバーハングダイがキャピラリに押し付けられて撓む。この撓み量は、キャピラリによる押圧力が同じであっても、ボンディング位置によって変化する。そのため、撓みやすい位置では、撓みにくい位置よりも、ワイヤループの始点が低くなる。結果として、一つのオーバーハングダイに形成される複数のワイヤループのループ高さが不均一となり、半導体装置の品質が低下するという問題があった。

【0004】

そこで、一部では、キャピラリがオーバーハングダイに接地した際の高さを接地高さとして記憶しておき、その接地高さを、ワイヤループの始点として取り扱う技術が提案されている（例えば特許文献１，２等）。この場合、キャピラリに作用する荷重を荷重センサで検出荷重として検出する。そして、キャピラリをオーバーハングダイの上側から下降させていく過程で、検出荷重が所定の接地荷重以上になれば、キャピラリがオーバーハングダイに接地したと判断する。かかる技術によれば、ループ高さを、ある程度、均一化させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０－６７７８０号公報

【特許文献2】特開２００５－１６７０５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、通常、荷重センサの検出値は、時間経過または周囲温度の変化によりドリフトすることがある。そのため、キャピラリがオーバーハングダイに接触していないにも関わらず、荷重センサの検出値が変動し、接地したと誤認識されることがあった。こうした問題を避けるため、接地したと判定する基準値である接地荷重を、発生が予想されるドリフト量より十分に大きな値とすることがあった。しかし、接地荷重を大きな値とした場合、ボンディング位置によっては、オーバーハングダイが大きく撓むまで、接地したと判断されないおそれがある。この場合、ループ高さが不均一となり、半導体装置の品質が低下する。

【0007】

そこで、本明細書では、製造される半導体装置の品質をより向上できる製造装置および製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本明細書で開示する製造装置は、オーバーハングした部分にボンディング点を有するダイにワイヤをボンディングして半導体装置を製造する製造装置であって、前記ワイヤが挿通されるキャピラリと、前記キャピラリを昇降可能に保持するボンディングアームと、前記キャピラリが受ける荷重を検出荷重として検出する荷重センサと、前記検出荷重をモニタリングしながらオーバーハングした前記ボンディング点に前記キャピラリを下降させ、前記検出荷重が規定の接地荷重以上となった場合に前記キャピラリが接地したと判断するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記キャピラリの下降の過程で、所定の修正条件を満たす場合、前記修正条件を充足した時点での前記検出荷重がゼロになるように、前記荷重センサのオフセットを修正し、前記修正条件は、前記検出荷重が所定の単位時間前に検出された前記検出荷重である過去検出荷重から変化し、かつ、その変化量が前記接地荷重より小さい基準荷重以下である、ことを特徴とする。

【0009】

この場合、さらに、前記荷重センサの出力値から特定の周波数成分を除去するノッチフィルタを備えてもよい。

【0010】

また、前記ボンディングアームを付勢する板バネを備え、前記コントローラは、オーバーハングした前記ボンディング点に前記ワイヤをボンディングした後、前記キャピラリを上昇させる際の指令トルクに、前記板バネの付勢力を打ち消すトルクである補正トルクを加算してもよい。

【0011】

また、前記コントローラは、前記キャピラリが上昇するにつれて前記補正トルクが小さくなるように、前記補正トルクを前記キャピラリの位置に応じて変化させてもよい。

【0012】

本明細書で開示する製造方法は、オーバーハングした部分にボンディング点を有するダイにワイヤをボンディングして半導体装置を製造する製造方法であって、前記ワイヤが挿通されるキャピラリをオーバーハングした前記ボンディング点に下降させるとともに、前記キャピラリが受ける荷重を検出荷重として荷重センサで検出し、前記検出荷重が規定の接地荷重以上となった場合に前記キャピラリが接地したと判断する接地探索ステップを備え、前記接地探索ステップにおいて、所定の修正条件を満たす場合、前記修正条件を充足した時点での前記検出荷重がゼロになるように、前記荷重センサのオフセットを修正し、前記修正条件は、前記検出荷重が所定の単位時間前に検出された前記検出荷重である過去検出荷重から変化し、かつ、その変化量が前記接地荷重より小さい基準荷重以下である、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本明細書で開示する技術によれば、適宜、検出荷重のドリフトが補正されるため、接地したと判断する際の基準値である接地荷重を小さく抑えることができる。そして、これにより、接地高さのばらつき、ひいては、ループ高さのバラつきを小さく抑えることができ、半導体装置の品質をより向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】製造装置の構成を示す図である。

【図2】ワイヤボンディング処理の流れを示すフローチャートである。

【図3】ワイヤボンディング処理の様子を示す模式図である。

【図4】接地荷重の違いによる接地高さの違いを説明する図である。

【図5】接地探索の際に検出される検出荷重の模式図である。

【図6】図５の信号にノッチフィルタを適用した場合の検出荷重の模式図である。

【図7】検出荷重のオフセット調整の様子を示す模式図である。

【図8】付勢力および補正トルクと、Ｚ位置と、の関係を示す図である。

【図9】トルク補正の有無による、キャピラリのＺ位置の時間変化の違いを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して半導体装置の製造装置１０について説明する。図１は、製造装置１０の構成を示す図である。この製造装置１０は、半導体ダイや基板の電極間に金属製のワイヤ１２０をボンディングし、これにより、電極間を電気的に接続するワイヤボンディング装置である。本例の製造装置１０は、オーバーハングダイ１０２へのワイヤ１２０のボンディングが可能となっている。なお、以下の説明では、ステージ１９の平面と平行な方向をＸ方向およびＹ方向と呼び、ステージ１９の平面に直交する方向をＺ方向と呼ぶ。

【0016】

オーバーハングダイ１０２は、下層ダイ１０４を介して基板１０６に固着されている。オーバーハングダイ１０２の一部は、下層ダイ１０４より外側にはみ出した自由端となっている。オーバーハングダイ１０２の自由端には、電極であるパッド１０８が形成されている。製造装置１０は、このパッド１０８と、基板１０６に形成されたリード１１０と、をワイヤ１２０で接続する。

【0017】

製造装置１０は、ボンディングヘッド１２と、ボンディングアーム１４と、キャピラリ１８と、ステージ１９と、これらを制御するコントローラ３４と、を備える。ボンディングヘッド１２は、図示しないＸＹステージにより、Ｘ方向および軸方向に移動する。

【0018】

ボンディングアーム１４は、ボンディングヘッド１２からステージ１９に向かって延びている。このボンディングアーム１４の一部は、十字板バネ２８を介して、ボンディングヘッド１２の一部に機械的に連結されている。十字板バネ２８は、水平方向と略平行な水平板バネと、鉛直方向と略平行な鉛直板バネと、を十字型に交差するように組み合わせたバネである。鉛直板バネの上端は、ボンディングアーム１４に、下端は、ボンディングヘッド１２に連結される。また、水平板バネの前端は、ボンディングアーム１４に、後端は、ボンディングヘッド１２に、連結される。この場合、ボンディングアーム１４は、垂直板バネおよび鉛直板バネの交差点を通る水平軸である回転軸Ａｒを中心として揺動可能となる。また、ボンディングアーム１４が揺動した場合、ボンディングアーム１４には、その揺動量に応じた十字板バネ２８の付勢力（すなわち十字板バネ２８の弾性復元力）が作用する。

【0019】

ボンディングアーム１４の先端近傍には、超音波ホーン２５および荷重センサ２２が設けられている。超音波ホーン２５は、その基端に、超音波振動子２６を有している。また、超音波ホーン２５の先端には、キャピラリ１８が取り付けられている。超音波ホーン２５は、超音波振動子２６の超音波振動を増幅して、キャピラリ３０を超音波加振する。

【0020】

荷重センサ２２は、キャピラリ１８に作用する荷重に応じた電圧信号を出力する。すなわち、キャピラリ１８がボンディング対象物（例えばオーバーハングダイ１０２等）を押圧した際、キャピラリ１８には、ボンディング対象物からの反力が作用する。荷重センサ２２は、この反力を検出し、電圧信号として出力する。また、ボンディングヘッド１２またはボンディングアーム１４には、位置センサ２４が設けられている。この位置センサ２４は、キャピラリ１８のＺ方向位置（以下「Ｚ位置ｈ」と呼ぶ）を検出する。

【0021】

駆動モータ２０は、ボンディングアーム１４を揺動させる動力を発生させる。駆動モータ２０は、ボンディングアーム１４に設けられた回転子と、ボンディングヘッド１２に設けられた固定子（いずれも図示せず）と、を有する。この駆動モータ２０に電流を印加し、駆動させることで、ボンディングアーム１４が揺動する。

【0022】

ボンディングアーム１４の先端には、キャピラリ１８が取り付けられている。キャピラリ１８の内部には、Z方向に貫通する貫通孔が設けられており、貫通孔にはワイヤ１２０が挿通されている。ワイヤ１２０は、図示しないワイヤスプールから繰り出される。

【0023】

コントローラ３４は、駆動モータ２０、超音波ホーン２５、荷重センサ２２、および位置センサ２４と電気的に接続されており、ボンディングヘッド１２、駆動モータ２０、および、超音波ホーン２５の駆動を制御する。かかるコントローラ３４は、プロセッサ３６とメモリ３８とを有したコンピュータである。なお、コントローラ３４は、単一のコンピュータに限らず、物理的に離れて設けられた複数のコンピュータを組み合わせて構成されてもよい。

【0024】

コントローラ３４は、プロセッサ３６およびメモリ３８に加えて、さらに、入力部４０と、出力部４２と、超音波振動子Ｉ／Ｆ４４と、荷重センサＩ／Ｆ４６と、位置センサＩ／Ｆ５０と、モータＩ／Ｆ５２と、を備えている。入力部４０は、ユーザからの操作指示を受け付けるもので、例えば、キーボードやタッチパネル、マイク等を含む。出力部４２は、ユーザに情報を提供するものであり、例えば、ディスプレイやスピーカ、プリンタ等を含む。

【0025】

超音波振動子Ｉ／Ｆ４４は、超音波振動子２６を駆動するために、超音波ホーン２５との間で信号を送受する。具体的には、超音波振動子Ｉ／Ｆ４４は、プロセッサ３６から出力された駆動信号を、超音波振動子２６で取り扱い可能な駆動信号に変換して、超音波振動子２６に送信する。また、超音波振動子Ｉ／Ｆ４４は、超音波ホーン２５に設けられた各種センサ（図示せず）で検出された信号を、プロセッサ３６で取り扱い可能な信号に変換して、プロセッサ３６に送信する。

【0026】

荷重センサＩ／Ｆ４６は、荷重センサ２２から出力された電圧信号に対して所定の信号処理を施し、検出荷重Ｌｄとしてプロセッサ３６に送信する。この信号処理のために荷重センサ２２は、ノッチフィルタ４８を含む。ノッチフィルタ４８は、特定の周波数域の信号をカットするバンドカットフィルタの一種である。ノッチフィルタ４８でカットする周波数域については後述する。なお、図１では、ノッチフィルタ４８を、コントローラ３４の内部に組み込まれたデジタルフィルタとして図示しているが、ノッチフィルタ４８は、コントローラ３４の外部に設けられるアナログフィルタでもよい。

【0027】

位置センサＩ／Ｆ５０は、位置センサ２４から出力された電圧信号に対して所定の信号処理を施し、Ｚ位置ｈとしてプロセッサ３６に送信する。モータＩ／Ｆ５２は、駆動モータ２０との間で情報を送受する。具体的には、モータＩ／Ｆ５２は、プロセッサ３６から出力された駆動信号を、駆動モータ２０で取り扱い可能な駆動信号に変換して、駆動モータ２０に送信する。また、モータＩ／Ｆ５２は、駆動モータ２０に設けられた各種センサ（図示せず）から出力された信号を、プロセッサ３６で取り扱い可能な信号に変換して、プロセッサ３６に送信する。

【0028】

次に、この製造装置１０によるワイヤボンディングの処理の流れについて、図２および図３を参照して説明する。図２は、ワイヤボンディング処理の流れを示すフローチャートである。図３は、ワイヤボンディング処理の様子を示す模式図である。上述した通りワイヤボンディングの際には、オーバーハングダイ１０２のパッド１０８と、基板１０６のリード１１０と、をワイヤ１２０で接続する。

【0029】

この場合、コントローラ３４は、最初に、ワイヤ１２０のうち、キャピラリ１８より下側に飛び出している部分を溶融し、イニシャルボール１２２を形成する（Ｓ１０）。続いて、コントローラ３４は、キャピラリ１８をパッド１０８の真上に移動させる（Ｓ１２）。図３の「Ｓ１２」は、この様子を示している。

【0030】

次に、コントローラ３４は、荷重センサ２２で検出される検出荷重Ｌｄをモニタリングしながら、キャピラリ１８をパッド１０８に向かって下降させる（Ｓ１４）。コントローラ３４は、キャピラリ１８の下降期間中、検出荷重Ｌｄと、接地荷重Ｌａと、を比較する（Ｓ１６）。接地荷重Ｌａは、キャピラリ１８の先端がパッド１０８に接地したと判断する基準となる荷重値である。すなわち、キャピラリ１８がパッド１０８に接地した場合、キャピラリ１８には、パッド１０８からの反力が作用し、検出荷重Ｌｄが急上昇する。コントローラ３４のメモリ３８には、この接地時に生じる反力より小さい値が、接地荷重Ｌａとして記憶されている。

【0031】

比較の結果、検出荷重Ｌｄが、接地荷重Ｌａより小さい場合、コントローラ３４は、キャピラリ１８は接地していないと判断し、キャピラリ１８の下降を継続する。一方、検出荷重Ｌｄが、接地荷重Ｌａ以上になった場合、コントローラ３４は、キャピラリ１８が、接地したと判断する。この場合、コントローラ３４は、接地時点で位置センサ２４により検出されたＺ位置ｈを、接地高さｈａとしてメモリに一時記憶する（Ｓ１８）。図３の「Ｓ１８」は、接地時の様子を示している。また、以下では、接地高さｈａを特定するために、検出荷重Ｌｄをモニタリングしながら、キャピラリ１８を下降させる処理を「接地探索」と呼ぶ。

【0032】

接地探索が完了した後は、ワイヤ１２０をパッド１０８にボンディングする（Ｓ２０）。具体的には、コントローラ３４は、駆動モータ２０を下降方向に駆動して、パッド１０８に所定のボンディング荷重を付与する。図３の「Ｓ２０ａ」は、このときの様子を示している。図３の「Ｓ２０ａ」に示す通り、キャピラリ１８でパッド１０８を押圧した場合、オーバーハングダイ１０２が撓み、キャピラリ１８が接地高さｈａより下方に移動する。図３の例では、パッド１０８は、Δｈだけ沈み込んでいる。

【0033】

所定のボンディング荷重が付与できれば、コントローラ３４は、超音波振動子２６を駆動して、キャピラリ１８を介してイニシャルボール１２２に超音波振動を与える。これにより、イニシャルボール１２２とパッド１０８との間に摩擦力が発生し、パッド１０８にイニシャルボール１２２がボンディングされる。図３の「Ｓ２０ｂ」は、この様子を示している。

【0034】

イニシャルボール１２２がボンディングできれば、コントローラ３４は、駆動モータ２０を上昇方向に駆動し、キャピラリ１８を接地高さｈａ（より厳密には、接地高さｈａからイニシャルボール１２２の潰れ量を差し引いた高さ）まで上昇させる（Ｓ２２）。図３の「Ｓ２２」は、この時の様子を示している。図３の「Ｓ２２」に示すように、キャピラリ１８が上昇することで、オーバーハングダイ１０２の撓みが解消される。なお、図３から明らかな通り、ボンディングに伴い、イニシャルボール１２２は潰れて、キャピラリ１８は、その分、パッド１０８に近づく。そのため、オーバーハングダイ１０２を、接地時の高さに戻す場合、厳密には、キャピラリ１８は、接地高さｈａから、イニシャルボール１２２の潰れ量を減算したＺ高さｈｂまで上昇する。

【0035】

その後、コントローラ３４は、キャピラリ１８を、基板１０６のリード１１０へと移動させ、ワイヤループ１２４を形成する（Ｓ２４）。具体的には、コントローラ３４は、オーバーハングダイ１０２の撓みを解消した後、当該キャピラリ１８を所定の目標ループ高さ分だけ上昇させる。ここで、「ループ高さ」とは、ワイヤループ１２４のパッド１０８からの高さである。このループ高さの目標値は予め決定され、メモリ３８に記憶されている。目標ループ高さだけ上昇すれば、コントローラ３４は、キャピラリ１８を、基板１０６のリード１１０へと移動させ、ワイヤ１２０をリード１１０にボンディングする。これにより、パッド１０８とリード１１０を接続するワイヤループ１２４が形成される。ワイヤループ１２４が形成できればボンディング処理は終了となる。図３の「Ｓ２４」は、このときの様子を示している。

【0036】

ここで、これまでの説明で明らかな通り、本例では、キャピラリ１８を下降した際に得られる検出荷重Ｌｄが、接地荷重Ｌａ以上となった場合に、キャピラリ１８が、オーバーハングダイ１０２に接地したと判断する。そして、キャピラリ１８の接地高さｈａを基準として、ワイヤループ１２４のループ高さを管理している。そのため、複数のパッド１０８それぞれについて検出された接地高さｈａにばらつきがあると、ワイヤループ１２４のループ高さのばらつきが発生し、半導体装置１００の品質が低下する。接地高さｈａのばらつきを抑制するためには、検出荷重Ｌｄをできるだけ小さく抑えることが求められる。

【0037】

これについて、図４を参照して説明する。図４の上段は、半導体装置１００の概略平面図であり、下段は、半導体装置１００の概略側面図である。図４に示す通り、オーバーハングダイ１０２のＸ方向一端には、複数のパッド１０８が、Ｙ方向に間隔を開けて一列に並んでいる。この場合、付加される荷重が同一であったとしても、Ｙ方後端部付近は、Ｙ方向中心付近よりも、撓みやすい。そのため、検出荷重Ｌｄが、接地荷重Ｌａ以上となった時点のパッド１０８の高さ、すなわち、接地高さｈａは、Ｙ方後端部付近のパッド１０８ｅのほうが、Ｙ方向中心付近のパッド１０８ｃよりも低くなる。つまり、オーバーハングダイ１０２では、パッド１０８の位置によって接地高さｈａのバラつきが生じる。ただし、接地荷重Ｌａを小さく抑えれば、こうした接地高さｈａのばらつき、ひいては、ループ高さのばらつきも小さく抑えることができる。

【0038】

すなわち、接地荷重Ｌａが大きい場合には、接地判定された時点での撓み量も大きくなり、パッド１０８ごとの接地高さｈａのばらつきも大きくなる。一方、接地荷重Ｌａが小さい場合には、接地判定された時点での撓み量も小さくなるため、接地高さｈａのばらつきも小さくなる。図４において、二点鎖線の曲線Ｌ１は、接地荷重Ｌａ＝Ｌａ１としたときに検出される接地高さｈａを示しており、曲線Ｌ２は、接地荷重Ｌａ＝Ｌａ２＜Ｌａ１としたときに検出される接地高さｈａを示している。この曲線Ｌ１および曲線Ｌ２の比較から明らかな通り、接地荷重Ｌａが小さいほうが、場所による接地高さｈａのばらつきを小さく抑えることができる。

【0039】

ただし、接地荷重Ｌａを過度に小さくした場合、ノイズや電圧の揺れに起因して検出荷重Ｌｄが僅かに変化した場合に、接地と誤判定するおそれがある。そのため、従来は、接地荷重Ｌａを十分に小さくすることができず、接地高さｈａのばらつき、ひいては、ループ高さのばらつきを十分に抑えることができなかった。本例では、こうした問題を避けるために、荷重センサ２２の検出値にノッチフィルタ４８を適用するとともに、検出荷重Ｌｄのオフセットを随時調整している。以下、これについて説明する。

【0040】

図５は、接地探索の際に検出される検出荷重Ｌｄの模式図である。図５において、横軸は時間を、縦軸は荷重の値を示している。通常、検出荷重Ｌｄには、高周波のノイズが重畳されており、検出荷重Ｌｄは、実際にキャピラリ１８に荷重がかかっていなくても、所定の範囲内で変動している。特に、接地探索の際、キャピラリ１８は、所定の固有周波数ｆｚでＺ方向に微小振動している。この微小振動の影響で、検出荷重Ｌｄには、固有周波数ｆｚのノイズが重畳されている。従来、接地荷重Ｌａは、こうしたノイズに起因する変動を接地と誤判定しないように、固有周波数ｆｚのノイズの振幅より充分に大きな値Ｌａが設定されていた。

【0041】

また、検出荷重Ｌｄから出力される電圧値は、温度変化や時間経過に伴い、ドリフトすることがある。例えば、図５の例では、時間経過に伴い、検出荷重Ｌｄが、増加する方向にドリフトしている。従来の接地荷重Ｌａは、こうしたドリフトに起因する変動を接地と誤判定しないように、発生が予想されるドリフト量より充分に大きな値となっていた。

【0042】

本例では、こうした問題を避けるために、荷重センサ２２の出力値に、ノッチフィルタ４８を適用し、キャピラリ１８の固有周波数ｆｚに対応する信号を除去する。なお、キャピラリ１８の固有周波数ｆｚは、製造装置１０の機械的構成によって定まる固有値であり、予め、実験等により特定される。

【0043】

図６は、ノッチフィルタ４８を適用した場合の検出荷重Ｌｄの模式図である。図６に示す通り、ノッチフィルタ４８を適用することで、検出荷重Ｌｄに含まれるノイズを大幅に削減でき、検出荷重Ｌｄの変動振幅を大幅に低下できる。ただし、ノッチフィルタ４８を適用しただけでは、検出値のドリフトは抑制できず、接地荷重Ｌａを充分に小さくできない。

【0044】

そこで、本例では、接地探索のためにキャピラリ１８を下降している間に、後述する修正条件を満たす場合、当該修正条件を充足した時点での検出荷重Ｌｄがゼロになるように、荷重センサ２２のオフセットを修正する。「修正条件」とは、検出荷重Ｌｄが所定の単位時間前に検出された過去検出荷重から変化し、かつ、その変化量が接地荷重Ｌａより小さい基準荷重Ｌｓ以下である、ことである。

【0045】

具体的に説明すると、コントローラ３４は、予め、接地荷重Ｌａより小さい基準荷重Ｌｓをメモリ３８に記憶している。そして、コントローラ３４は、接地探索の際、現在の検出荷重Ｌｄ_ｎと、１サイクル前（すなわち単位時間前）の検出荷重Ｌｄである過去検出荷重Ｌｄ_ｎ－１との差分の絶対値を差分荷重ΔＬｄとして随時算出する。さらにコントローラ３４は、この差分荷重ΔＬｄ＝｜Ｌｄ_ｎ－Ｌｄ_ｎ－１｜と基準荷重Ｌｓとを比較し、差分荷重ΔＬｄが、基準荷重Ｌｓより小さい場合には、ドリフトが発生したと判断する。ドリフトが発生した場合、コントローラ３４は、現在の検出荷重Ｌｄ_ｎがゼロになるように荷重センサ２２のオフセットを調整する。

【0046】

図７は、荷重センサ２２のオフセット調整の様子を示す模式図である。図７の「ｔ＝ｔ１」に示すように、時刻ｔ１では、電荷重センサの検出電圧が「Ｖ０」の場合に、検出荷重が「０」であると判断し、検出電圧が「Ｖａ」のときに、検出荷重が「Ｌａ」であると判断する。そして、時刻ｔ１において、検出電圧Ｖ１かつ検出荷重Ｌｄ_１が検出された場合を考える。この場合、検出荷重Ｌｄ１が所定の単位時間前に検出された過去検出荷重Ｌｄ_０から変化し、かつ、その変化量ΔＬｄ_１＝Ｌｄ_１－Ｌｄ_０が基準荷重Ｌｓ以下である。そのため、この場合、コントローラ３４は、検出荷重Ｌｄ_１に対応する検出電圧Ｖ１が、検出荷重「０」となるように、荷重センサ２２の電圧オフセットを調整する。図７の「ｔ＝ｔ２」は、この電圧オフセットの調整後を示している。

【0047】

次に、時刻ｔ２において、検出荷重Ｖ２かつ検出荷重Ｌｄ_２が検出されたとする。この場合も、変化量ΔＬｄ_２＝Ｌｄ_２－Ｌｄ_１が基準荷重Ｌｓ以下であるため、コントローラ３４は、検出荷重Ｌｄ_２に対応する検出電圧Ｖ２が、検出荷重「０」となるように、荷重センサ２２の電圧オフセットを調整する。図７の「ｔ＝ｔ３」は、この電圧オフセットの調整後を示している。

【0048】

そして、最終的に時刻ｔ１２において、検出荷重Ｌｄ_１２（ただし、Ｌｄ_１２＞Ｌａ）が検出されたとする。この場合、ΔＬｄは、基準荷重Ｌｓよりも高いため、オフセットの調整は行われない。一方で、検出荷重Ｌｄが、接地荷重Ｌａより高いため、コントローラ３４は、キャピラリ１８がパッド１０８に接地したと判断する。

【0049】

このように、基準荷重Ｌｓより小さい検出荷重Ｌｄの変動をドリフトとみなして、荷重センサ２２のオフセットの調整を繰り返すことで、当該ドリフトに起因して、検出荷重Ｌｄが、過度に高くなることを効果的に防止できる。例えば、図７の例の場合、オフセットの調整を行わない場合には、時刻ｔ９において、検出荷重Ｌｄ_９（検出電圧がＶａより高い）が検出されたタイミングで、接地と誤判定されるおそれがある。しかし、本例のように、電圧オフセットの調整を繰り返すことで、こうした誤判定を効果的に防止できる。そして、これにより、接地したと判定する基準値である接地荷重Ｌａを小さく抑えることができ、接地高さｈａ、ひいてはループ高さのばらつきを小さく抑えることができる。なお、ここで、検出荷重Ｌｄの検出周期を、「所定の単位時間」として取り扱っているが、より長い時間を、「所定の単位時間」として取り扱ってもよい。例えば、２サイクル前の過去検出荷重Ｌｄ_ｎ－２に対する、現在の検出荷重Ｌｄ_ｎの変化量に基づいて、ドリフトの有無を判定し、オフセットを調整してもよい。

【0050】

ところで、図３から明らかな通り、オーバーハングダイ１０２の場合、イニシャルボール１２２をボンディングした後、ワイヤループ１２４の形成を開始する前に、キャピラリ１８を接地高さｈａまで上昇させる必要がある。この上昇の際、ボンディングアーム１４には十字板バネ２８の付勢力（すなわち弾性復元力）によって生じる上向きの力がかかる。従来、この付勢力により、ボンディングアーム１４、ひいては、キャピラリ１８が、上方にオーバーシュートすることを防止するために、キャピラリ１８を上昇させる際には、ブレーキをかけていた。そのため、従来技術では、キャピラリ１８の上昇時の移動速度が遅くなり、ボンディングのリードタイムの増加を招いていた。

【0051】

そこで、本例では、キャピラリ１８を上昇させる際の位置制御に、十字板バネ２８の付勢力を組み入れている。具体的には、コントローラ３４は、キャピラリ１８の上昇に必要なトルクを指令トルクとして算出し、この指令トルクに応じた電流を駆動モータ２０に印加する。通常、指令トルクは、フィードフォワード制御、または、位置偏差や速度偏差を利用するフィードバック制御で算出される。本例では、本来の指令トルクに、さらに、十字板バネ２８の付勢力を打ち消す補正トルクＴｃを加算し、加算後の値を、最終的な指令トルクとして取り扱う。

【0052】

補正トルクＴｃは、繰り返し述べる通り、十字板バネ２８の付勢力を打ち消すトルクである。そして、十字板バネ２８の付勢力がゼロとなるＺ位置ｈを、初期位置とした場合、十字板バネ２８の付勢力は、Ｚ位置ｈが初期位置より低くなるほど、Ｚ位置ｈに比例して大きくなる。図８の破線Ｍ１は、こうした付勢力とＺ位置ｈとの関係を示している。図８において、縦軸は、キャピラリ１８のＺ位置ｈを、横軸は、トルクを示している。

【0053】

こうした付勢力を打ち消すための補正トルクＴｃは、付勢力と絶対値が同じで、正負の符号が逆の値である。別の言い方をすれば、補正トルクＴｃは、初期位置よりＺ位置ｈが低くなるほど、Ｚ位置ｈに比例して小さくなる値である。図８おける実線Ｍ２は、補正トルクＴｃとＺ位置ｈとの関係を示している。

【0054】

コントローラ３４は、キャピラリ１８を上昇させる際には、キャピラリ１８のＺ位置ｈに応じた補正トルクＴｃを特定し、この補正トルクＴｃを指令トルクに加算する。これにより、キャピラリ１８の上昇速度を上げた場合でも、十字板バネ２８の付勢力に起因するオーバーシュートを効果的に防止できる。その結果、キャピラリ１８の上昇に要する時間を短縮でき、リードタイムを低減できる。

【0055】

図９は、ステップＳ１２におけるキャピラリ１８のＺ位置ｈの時間変化を示すグラフである。図９において、破線Ｎ１は、補正トルクＴｃを制御に組み入れない場合のＺ位置ｈの時間変化を示しており、実線Ｎ２は、補正トルクＴｃを制御に組み入れた場合のＺ位置ｈの時間変化を示している。図９から明らかな通り、補正トルクＴｃを制御に組み入れた場合、キャピラリ１８の上昇に際してブレーキを掛ける必要がないため、キャピラリ１８の上昇速度を高めることができ、より短時間で接地高さｈａに到達できる。そしてこれにより、ワイヤボンディングのリードタイムを短縮できる。

【0056】

なお、ここでは、接地高さｈａまで上昇する場合を例に挙げて説明したが、補正トルクＴｃは、キャピラリ１８を上昇させる状況であれば、他の状況でも利用されてもよい。例えば、ワイヤループ１２４を形成するためにキャピラリ１８を上昇させる際、補正トルクＴｃを加算した値を、指令トルクとして、駆動モータ２０を制御してもよい。

【0057】

また、接地探索の際に、修正条件を満たす場合、当該修正条件を充足した時点での検出荷重Ｌｄがゼロになるように、荷重センサ２２のオフセットを修正するのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、ノッチフィルタ４８は、省略されてもよい。また、キャピラリ１８を上昇する際、十字板バネ２８の付勢力を打ち消す補正トルクＴｃを制御に組み込まなくてもよい。

【符号の説明】

【0058】

１０ 製造装置、１２ ボンディングヘッド、１４ ボンディングアーム、１８ キャピラリ、１９ ステージ、２０ 駆動モータ、２２ 荷重センサ、２４ 位置センサ、２５ 超音波ホーン、２６ 超音波振動子、２８ 十字板バネ、３０ キャピラリ、３４ コントローラ、３６ プロセッサ、３８ メモリ、４０ 入力部、４２ 出力部、４４ 超音波振動子Ｉ／Ｆ、４６ 荷重センサＩ／Ｆ、４８ ノッチフィルタ、５０ 位置センサＩ／Ｆ、５２ モータＩ／Ｆ、１００ 半導体装置、１０２ オーバーハングダイ、１０４ 下層ダイ、１０６ 基板、１０８ パッド、１１０ リード、１２０ ワイヤ、１２２ イニシャルボール、１２４ ワイヤループ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】