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特許7625284ワイヤボンディング装置、ワイヤボンディング装置の制御方法およびワイヤボンディング装置の制御プログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-01-24
(45)【発行日】2025-02-03
(54)【発明の名称】ワイヤボンディング装置、ワイヤボンディング装置の制御方法およびワイヤボンディング装置の制御プログラム
(51)【国際特許分類】
H01L 21/60 20060101AFI20250127BHJP
【ＦＩ】
H01L21/60 301H
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2022577816
(86)(22)【出願日】2021-01-26
(86)【国際出願番号】 JP2021002538
(87)【国際公開番号】W WO2022162716
(87)【国際公開日】2022-08-04
【審査請求日】2023-07-24
(73)【特許権者】
【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】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】笠間 広幸
(72)【発明者】
【氏名】早田 滋
【審査官】西村 治郎
(56)【参考文献】
【文献】特開平０８－１３９１２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２６７７５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－０２２８３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１４６７５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／１５４４５３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００９－２７７８１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０１５２４２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／６０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ボンディングワイヤを供給するキャピラリと、前記キャピラリから繰り出された前記ボンディングワイヤのワイヤテールに対してフリーエアボールを形成するトーチと、
前記トーチによって先端部に前記フリーエアボールが形成された状態の前記ワイヤテールを撮像する撮像部と、
前記撮像部から出力された画像に基づいて前記ボンディングワイヤの中心軸に対する前記フリーエアボールの偏りを計測する計測部と、
前記計測部による計測結果が予め設定された基準を満たさないと判定した場合に、前記基準を満たす前記フリーエアボールが形成されるように前記トーチの放電条件を調整する調整部と
を備えるワイヤボンディング装置。
【請求項2】
前記調整部は、ボンディング作業を実行するに先立って、前記トーチの放電条件を調整する請求項１に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項3】
前記調整部は、ボンディング作業中において前記基準よりも偏りが大きい範囲に設定されている他の基準を満たさないと判定した場合には、ボンディング作業を終了させる請求項１に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項4】
前記調整部は、前記計測部による計測結果に基づいてスパーク電流、電流傾斜時間、ガス流量、スパーク前遅延時間の少なくともいずれかを変更することにより前記放電条件を調整する請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項5】
前記計測部は、前記ボンディングワイヤの中心軸に対する前記フリーエアボールの一方向への膨らみ量である第１膨出量と前記一方向とは反対の他方向への膨らみ量である第２膨出量を計測する請求項１から４のいずれか１項に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項6】
前記計測部は、前記ボンディングワイヤの中心軸に対する前記フリーエアボールの中心の偏位量を計測する請求項１から５のいずれか１項に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項7】
前記撮像部は、前記キャピラリから前記ワイヤテールが繰り出される繰り出し方向と、前記トーチと前記ワイヤテールとの間で発生するアーク放電の放電方向に直交する方向から前記ワイヤテールを撮像するように設置されている請求項１から６のいずれか１項に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項8】
前記撮像部は、前記キャピラリから前記ワイヤテールが繰り出される繰り出し方向に直交する複数の方向から前記ワイヤテールを撮像する複数の撮像ユニットを含む請求項１から７のいずれか１項に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項9】
キャピラリの先端部からボンディングワイヤを繰り出してワイヤテールを形成するテール形成ステップと、トーチを用いて前記ワイヤテールの先端部にフリーエアボールを形成するフリーエアボール形成ステップと、
前記フリーエアボールが形成された前記ワイヤテールを撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップで出力された画像に基づいて前記ボンディングワイヤの中心軸に対する前記フリーエアボールの偏りを計測する計測ステップと、
前記計測ステップによる計測結果が予め設定された基準を満たさないと判定した場合に、前記基準を満たす前記フリーエアボールが形成されるように前記トーチの放電条件を調整する調整ステップと
を有するワイヤボンディング装置の制御方法。
【請求項10】
キャピラリの先端部からボンディングワイヤを繰り出してワイヤテールを形成するテール形成ステップと、トーチを用いて前記ワイヤテールの先端部にフリーエアボールを形成するフリーエアボール形成ステップと、
前記フリーエアボールが形成された前記ワイヤテールを撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップで出力された画像に基づいて前記ボンディングワイヤの中心軸に対する前記フリーエアボールの偏りを計測する計測ステップと、
前記計測ステップによる計測結果が予め設定された基準を満たさないと判定した場合に、前記基準を満たす前記フリーエアボールが形成されるように前記トーチの放電条件を調整する調整ステップと
をコンピュータに実行させるワイヤボンディング装置の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ワイヤボンディング装置、ワイヤボンディング装置の制御方法およびワイヤボンディング装置の制御プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
ワイヤボンディング装置においてフリーエアボール（ＦＡＢ）の形状を安定させることは重要である。例えば、特許文献１によれば、ボンディングワイヤの組成を工夫することにより、安定したＦＡＢを形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第５８０７９９２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ワイヤボンディング装置で利用されるボンディングワイヤは多様であり、目的に応じて使い分けられることも多い。したがって、特定組成のボンディングワイヤに限って利用できることは大きな制約となる。また、組成に限らず環境温度やワイヤ径、テール長といった要素も、ワイヤ軸心に対するフリーエアボールの偏芯に影響を与え得る。フリーエアボールの偏芯は、圧着ボールの偏芯を引き起こし、パッド電極間のショート等の不良の原因となり得る。
【0005】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、フリーエアボールが偏芯したままボンディングが実行されることを防ぐことができるワイヤボンディング装置等を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の第１の態様におけるワイヤボンディング装置は、ボンディングワイヤを供給するキャピラリと、キャピラリから繰り出されたボンディングワイヤのワイヤテールに対してフリーエアボールを形成するトーチと、トーチによって先端部にフリーエアボールが形成された状態のワイヤテールを撮像する撮像部と、撮像部から出力された画像に基づいてボンディングワイヤの中心軸に対するフリーエアボールの偏りを計測する計測部とを備える。
【0007】
本発明の第２の態様におけるワイヤボンディング装置の制御方法は、キャピラリの先端部からボンディングワイヤを繰り出してワイヤテールを形成するテール形成ステップと、トーチを用いてワイヤテールの先端部にフリーエアボールを形成するフリーエアボール形成ステップと、フリーエアボールが形成されたワイヤテールを撮像する撮像ステップと、撮像ステップで出力された画像に基づいてボンディングワイヤの中心軸に対するフリーエアボールの偏りを計測する計測ステップとを有する。
【0008】
本発明の第３の態様におけるワイヤボンディング装置の制御プログラムは、キャピラリの先端部からボンディングワイヤを繰り出してワイヤテールを形成するテール形成ステップと、トーチを用いてワイヤテールの先端部にフリーエアボールを形成するフリーエアボール形成ステップと、フリーエアボールが形成されたワイヤテールを撮像する撮像ステップと、撮像ステップで出力された画像に基づいてボンディングワイヤの中心軸に対するフリーエアボールの偏りを計測する計測ステップとをコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【0009】
本発明に係るワイヤボンディング装置等によれば、実際に半導体チップを製造する製造環境下においてフリーエアボールを形成し直ちにその偏芯状態を計測することができるので、フリーエアボールが偏芯したままボンディングが実行されることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本実施形態に係るワイヤボンダの要部を模式的に示す斜視図である。
【図2】ワイヤボンダのシステム構成図である。
【図3】ＦＡＢの観察状況を説明する図である。
【図4】ＦＡＢの偏りを計測する第１手法を説明する図である。
【図5】ＦＡＢの偏りを計測する第２手法を説明する図である。
【図6】本実施形態に係るＦＡＢ計測を含む第１実施例の処理手順を説明するフロー図である。
【図7】本実施形態に係るＦＡＢ計測を含む第２実施例の処理手順を説明するフロー図である。
【図8】本実施形態に係るＦＡＢ計測を含む第３実施例の処理手順を説明するフロー図である。
【図9】別実施形態に係るワイヤボンダの要部を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。
【0012】
図１は、本実施形態に係るワイヤボンダ１００の要部を模式的に示す斜視図である。図示するワイヤボンダ１００は、理解のために簡略化した構造や機構を用いたり、要素の大きさや形状を異ならせたり、本実施形態とは直接的に関係しない要素を省略したりするが、実際のワイヤボンダとの相違を示すことを意図するものではない。
【0013】
ワイヤボンダ１００は、半導体チップ３２０のパッド電極３２１と基板３３０のリード電極３２２をボンディングワイヤであるワイヤ３００により結線するボンディング装置である。ワイヤボンダ１００は、主に、ヘッド部１１０、ツール部１２０、トーチ１３１、キャピラリ１３３、第１撮像ユニット１５１、第２撮像ユニット１５２を備える。ヘッド部１１０は、ツール部１２０、トーチ１３１、第１撮像ユニット１５１、第２撮像ユニット１５２を支持し、ヘッド駆動モータ１４１によって平面方向へ移動可能である。平面方向は、図示するように、Ｘ軸方向とＹ軸方向で定められる水平方向であり、架台２１０に載置されたステージ２２０の移動方向でもある。ステージ２２０上には基板３３０が載置され固定される。
【0014】
ツール部１２０は、Ｙ軸方向へそれぞれ延出するクランパ１３２とトランスデューサ１３４を支持しており、トランスデューサ１３４の先端部にはキャピラリ１３３が配設されている。クランパ１３２は、ワイヤ３００を挟み込むハンドを有し、ワイヤボンダ１００の制御に従ってワイヤ３００を挟掴、解離する。トランスデューサ１３４は、ボンディング時にキャピラリ１３３を介してワイヤ３００の先端近傍に超音波振動を与える。キャピラリ１３３は、ワイヤ３００をガイドしてパッド電極３２１、リード電極３２２へ供給すると共に、ボンディング時には先端部がワイヤ３００をパッド電極３２１、リード電極３２２へ押し付ける機能を担う。ワイヤ３００は、テンショナーや回転スプールを含む不図示のワイヤ供給部から供給される。ワイヤ３００の素材は、半導体チップ３２０の種類や性質等によって適宜選択され、例えば、金、銀、銅が採用される。
【0015】
トーチ１３１は、ヘッド部１１０に支持され、先端部に放電電極を備える。パッド電極３２１へのファーストボンド時には、キャピラリ１３３の先端部から一定の長さのワイヤ３００が繰り出されてワイヤテールが形成される。この状態でワイヤテールの先端部はトーチ１３１の電極とＸ軸方向に沿って対向し、図示するように、電極への電圧印加によって溶融状態のフリーエアボール（ＦＡＢ：Free Air Ball）３０１が形成される。ツール部１２０は、ツール駆動モータ１４２によって、ヘッド部１１０に対して高さ方向へ移動可能であり、ワイヤテールの先端部をトーチ１３１の電極に対向させたり、パッド電極３２１やリード電極３２２に対して接近または離隔させたりすることができる。高さ方向は、図示するように、平面方向に直交するＺ軸方向である。
【0016】
第１撮像ユニット１５１は、ワイヤテールの先端部に形成されたＦＡＢ３０１をＹ軸方向から撮像するための撮像ユニットであり、ヘッド部１１０に支持されている。第１撮像ユニット１５１は、画像信号を出力する撮像素子と、撮像素子へＦＡＢ３０１の像を結像させる光学系を備える。第２撮像ユニット１５２は、ワイヤテールの先端部に形成されたＦＡＢ３０１をＸ軸方向から撮像するための撮像ユニットであり、第１撮像ユニット１５１と同様にヘッド部１１０に支持されている。第２撮像ユニット１５２も、画像信号を出力する撮像素子と、撮像素子へＦＡＢ３０１の像を結像させる光学系を備える。以下の説明においては、第１撮像ユニット１５１と第２撮像ユニット１５２を纏めて撮像部と称する場合がある。
【0017】
なお、ＸＹＺ座標系は、ヘッド部１１０の基準位置を原点とする空間座標系である。以降の図面においても各要素の向きを示すために同様の座標軸を併記する場合がある。
【0018】
図２は、ワイヤボンダ１００のシステム構成図である。ワイヤボンダ１００の制御システムは、主に、演算処理部１７０、記憶部１８０、入出力デバイス１９０、トーチ１３１、クランパ１３２、トランスデューサ１３４、ヘッド駆動モータ１４１、ツール駆動モータ１４２、第１撮像ユニット１５１、第２撮像ユニット１５２によって構成される。演算処理部１７０は、ワイヤボンダ１００の制御とプログラムの実行処理を行うプロセッサ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）である。プロセッサは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の演算処理チップと連携する構成であってもよい。演算処理部１７０は、記憶部１８０に記憶された制御プログラムを読み出して、ボンディングに関する様々な処理を実行する。
【0019】
記憶部１８０は、不揮発性の記憶媒体であり、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）によって構成されている。記憶部１８０は、ワイヤボンダ１００の制御や処理を実行するプログラムの他にも、制御や演算に用いられる様々なパラメータ値、関数、ルックアップテーブル等を記憶し得る。入出力デバイス１９０は、例えばキーボード、マウス、表示モニタを含み、オペレータによるメニュー操作を受け付けたり、オペレータへ情報を提示したりするデバイスである。例えば、演算処理部１７０は、入出力デバイス１９０の一つである表示モニタへ、撮像した画像と共にＦＡＢの計測結果を表示してもよい。
【0020】
トーチ１３１は、演算処理部１７０から放電指示信号を受けると電極への電圧印加を実行する。電極への電圧印加が実行されると電極とワイヤテールの間でアーク放電が発生し、ワイヤテールの先端部にＦＡＢが形成される。クランパ１３２は、演算処理部１７０から挟掴指示信号を受けている間ハンドを閉じる。挟掴指示信号が解除されると、ハンドは開かれる。ワイヤ３００は、ハンドが閉じられている間は、キャピラリ１３３から繰り出されたり、キャピラリ１３３へ引き戻されたりすることがない。トランスデューサ１３４は、演算処理部１７０からの加振信号を受けると振動子を振動させる。トランスデューサ１３４による超音波振動は、ワイヤ３００の接合に寄与する。
【0021】
ヘッド駆動モニタ１４１は、演算処理部１７０から駆動信号を受けてヘッド部１１０を平面方向へ移動させる。ツール駆動モータ１４２は、演算処理部１７０から駆動信号を受けてツール部１２０を高さ方向へ移動させる。
【0022】
第１撮像ユニット１５１は、演算処理部１７０から撮像要求信号を受けて撮像を実行し、撮像素子が出力した第１画像を画像信号として演算処理部１７０へ送信する。同様に、第２撮像ユニット１５２は、演算処理部１７０から撮像要求信号を受けて撮像を実行し、撮像素子が出力した第２画像を画像信号として演算処理部１７０へ送信する。
【0023】
演算処理部１７０は、制御プログラムが指示する処理に応じて様々な演算を実行する機能演算部としての役割も担う。演算処理部１７０は、計測部１７１、調整部１７２、駆動制御部１７３として機能し得る。計測部１７１は、第１撮像ユニット１５１および第２撮像ユニット１５２へ撮像要求信号を送信し、第１画像の画像信号および第２画像の画像信号を取得して、ワイヤ３００の中心軸に対するＦＡＢの偏りを計測する。調整部１７２は、計測部１７１による計測結果に基づいてトーチ１３１の放電条件を調整する。駆動制御部１７３は、ヘッド駆動モータ１４１を駆動する駆動信号、およびツール駆動モータ１４２を駆動する駆動信号を生成し、それぞれのモータへ送信する。
【0024】
図３は、ＦＡＢの観察状況を説明する図である。上述のように、キャピラリ１３３の先端部からワイヤ３００が繰り出されてワイヤテールが形成され、そのワイヤテールの先端部は、Ｘ軸プラス方向からトーチ１３１によるアーク放電を受けて、ＦＡＢ３０１が形成される。
【0025】
ＦＡＢ３０１は、トーチ１３１の放電条件によっては、ワイヤ３００の中心軸に対してＦＡＢ３０１が偏って形成されてしまうことがある。その偏り量が許容量を超えてしまうと、ファーストボンディング時にパッド電極３２１上に形成される圧着ボールの偏芯を引き起こし、パッド電極３２１間のショート等の不良の原因となってしまう。ＦＡＢ３０１の偏りは、ワイヤ３００の組成や径、テール長、環境温度といった多様な要素が影響して発生する。したがって、実際に結線の作業を実行する条件下でＦＡＢ３０１を形成し、その偏り量が許容量を超えているか否かを評価することが好ましい。また、偏り量が許容量を超えている場合であっても、トーチ１３１の放電条件を調整することにより、許容量以下に抑制することができる場合もある。そこで、本実施形態におけるワイヤボンダ１００は、実際に形成されたＦＡＢ３０１を撮像して、その偏りを計測する。
【0026】
第１撮像ユニット１５１は、キャピラリ１３３からワイヤテールが繰り出される繰り出し方向であるＺ軸方向とアーク放電の放電方向であるＸ軸方向とに直交する方向、すなわちＹ軸方向からＦＡＢ３０１を含むワイヤテールを撮像するように設置されている。第１撮像ユニット１５１は、Ｙ軸方向からワイヤテールを撮像した第１画像の画像信号を生成する。本実施形態において第１撮像ユニット１５１は、Ｙ軸マイナス方向からワイヤテールを撮像するように設置されているが、Ｙ軸プラス方向から撮像するように設置されていてもよい。ＦＡＢ３０１の偏りは放電方向に発生しやすいので、放電方向に直交する方向から撮像された第１画像により、その偏りを精確に把握することができる。
【0027】
第２撮像ユニット１５２は、Ｘ軸方向からＦＡＢ３０１を含むワイヤテールを撮像するように設置されている。第２撮像ユニット１５２は、Ｘ軸方向からワイヤテールを撮像した第２画像の画像信号を生成する。本実施形態において第２撮像ユニット１５２は、Ｘ軸マイナス方向からワイヤテールを撮像するように設置されているが、Ｘ軸プラス方向からワイヤテールを撮像するように設置されていてもよい。第１画像に加えて、第２画像も計測の対象とすれば、ＦＡＢ３０１の偏りを直交する２方向から精確に把握することができる。
【0028】
本実施形態の撮像部は第１撮像ユニット１５１と第２撮像ユニット１５２の２つの撮像ユニットによって構成されるが、さらに撮像ユニットを増やしてもよい。その場合、増設される撮像ユニットは、ワイヤテールが繰り出される繰り出し方向であるＺ軸に直交する方向からワイヤテールを撮像できるように設置されることが望ましい。
【0029】
計測部１７１は、取得した画像からＦＡＢ３０１の偏りを計測する。ここでは、２つの計測手法についてそれぞれ図を用いて説明する。
【0030】
図４は、ＦＡＢ３０１の偏りを計測する第１手法を説明する図である。計測部１７１は、ワイヤ３００の中心軸に対するＦＡＢ３０１の一方向への膨らみ量である第１膨出量と当該一方向とは反対の他方向への膨らみ量である第２膨出量を計測する。
【0031】
図４左図は、第１撮像ユニット１５１から取得した第１画像を表す。第１画像において第１膨出量は、ワイヤ３００の表面（ワイヤ３００の中心軸に対してＸ軸プラス側にワイヤ３００の半径分だけオフセットされた境界線）からＦＡＢ３０１のＸ軸プラス側の頂点までの距離Ｄ1である。同様に、第２膨出量は、ワイヤ３００の表面（ワイヤ３００の中心軸に対してＸ軸マイナス側にワイヤ３００の半径分だけオフセットされた境界線）からＦＡＢ３０１のＸ軸マイナス側の頂点までの距離Ｄ2である。例えば、偏芯評価値＝１．０－Ｍｉｎ（Ｄ1，Ｄ2）／Ｍａｘ（Ｄ1，Ｄ2）とし、Ｍａｘ（Ｄ1，Ｄ2）＝Ｄ1のときに「－」の符号を、Ｍａｘ（Ｄ1，Ｄ2）＝Ｄ2のときに「＋」の符号を与えれば、どちら側にどれだけ偏っているのかを表すことができる。もし、Ｄ1＝Ｄ2であれば、偏芯評価値は０となり、第１画像の撮像方向に対しては偏りがないことがわかる。
【0032】
図４右図は、第２撮像ユニット１５２から取得した第２画像を表す。第２画像において第１膨出量は、ワイヤ３００の表面（ワイヤ３００の中心軸に対してＹ軸マイナス側にワイヤ３００の半径分だけオフセットされた境界線）からＦＡＢ３０１のＹ軸マイナス側の頂点までの距離Ｄ3である。同様に、第２膨出量は、ワイヤ３００の表面（ワイヤ３００の中心軸に対してＹ軸プラス側にワイヤ３００の半径分だけオフセットされた境界線）からＦＡＢ３０１のＹ軸プラス側の頂点までの距離Ｄ4である。同様に、偏芯評価値＝１．０－Ｍｉｎ（Ｄ3，Ｄ4）／Ｍａｘ（Ｄ3，Ｄ4）とし、Ｍａｘ（Ｄ3，Ｄ4）＝Ｄ3のときに「－」の符号を、Ｍａｘ（Ｄ3，Ｄ4）＝Ｄ4のときに「＋」の符号を与えれば、どちら側にどれだけ偏っているのかを表すことができる。もし、Ｄ3＝Ｄ4であれば、偏芯評価値は０となり、第２画像の撮像方向に対しては偏りがないことがわかる。
【0033】
なお、キャピラリ１３３に挿通されている実際のワイヤ３００の径は既知であることから、画像上のワイヤ３００の幅から１ピクセル当たりの実際の距離を算出することができる。これにより、画像上の距離（ピクセル数）から実際の距離へ変換することができる。
【0034】
図５は、ＦＡＢ３０１の偏りを計測する第２手法を説明する図である。計測部１７１は、ワイヤ３００の中心軸に対するＦＡＢ３０１の中心の偏位量を計測する。
【0035】
図５左図は、第１撮像ユニット１５１から取得した第１画像を表す。第１画像において偏位量は、ＦＡＢ３０１の中心軸からＦＡＢ３１０の中心ＣXまでの距離ＤXである。例えば、偏芯評価値＝ＤXとし、ＣXが中心軸よりもＸ軸プラス側に存在するときに「－」の符号を、ＣXが中心軸よりもＸ軸マイナス側に存在するときに「＋」の符号を与えれば、どちら側にどれだけ偏っているのかを表すことができる。もし、ＤX＝０であれば、偏芯評価値は０となり、第１画像の撮像方向に対しては偏りがないことがわかる。
【0036】
図５右図は、第２撮像ユニット１５２から取得した第２画像を表す。第２画像において偏位量は、ＦＡＢ３０１の中心軸からＦＡＢ３１０の中心ＣYまでの距離ＤYである。例えば、偏芯評価値＝ＤYとし、ＣYが中心軸よりもＹ軸マイナス側に存在するときに「－」の符号を、ＣYが中心軸よりもＹ軸プラス側に存在するときに「＋」の符号を与えれば、どちら側にどれだけ偏っているのかを表すことができる。もし、ＤY＝０であれば、偏芯評価値は０となり、第２画像の撮像方向に対しては偏りがないことがわかる。画像上の距離（ピクセル数）から実際の距離へ変換については、図４の場合と同様である。
【0037】
計測部１７１によるＦＡＢ３１０の偏芯計測は、実際に結線の作業を実行する製造工程に対して、様々に組み込むことができる。ここでは、３つの実施例についてそれぞれ図を用いて説明する。
【0038】
図６は、本実施形態に係るＦＡＢの偏芯計測を含む第１実施例の処理手順を説明するフロー図である。第１実施例においては、結線作業を実行するに先立って、基準を満たすＦＡＢが形成されるようにトーチ１３１の放電条件を決定するためにＦＡＢの偏芯計測を行う。図示するフローは、例えば、結線作業を実行する前の準備時点において開始される。
【0039】
調整部１７２は、ステップＳ１１１で、トーチ１３１の放電条件に関する初期設定の入力を、入出力デバイス１９０を介して受け付ける。調整部１７２は、入出力デバイス１９０による入力に限らず、予め定められている初期設定を用いてもよい。駆動制御部１７３は、ステップＳ１１２で、ワイヤ供給部からワイヤ３００を引き込み、キャピラリ１３３の先端部からワイヤ３００を繰り出してワイヤテールを形成する。このとき、形成したワイヤテールの先端部がトーチ１３１の電極と対向していなければ、対向するようにツール駆動モータ１４２を駆動してワイヤテールの高さを調整する。
【0040】
調整部１７２は、ステップＳ１１３で、設定された放電条件に従ってトーチ１３１の電極に電圧を印加して、ワイヤテールの先端部にＦＡＢ３０１を形成する。計測部１７１は、ステップＳ１１４で、第１撮像ユニット１５１および第２撮像ユニット１５２へそれぞれ撮像要求信号を送信して撮像処理を実行させ、ＦＡＢ３０１を含むワイヤテールを撮像した第１画像と第２画像を取得する。そして、ステップＳ１１５で、図４、図５を用いて説明したいずれかの計測手法により第１画像および第２画像からワイヤ３００の中心軸に対するＦＡＢ３０１の偏りを計測する。いずれの計測手法を用いるかは事前にオペレータが選択できるようにしてもよいし、半導体チップ３２０等の設定に応じて自動的に選択されるようにしてもよい。あるいは、制御プログラムがいずれか一方の計測手法にのみに対応するものであってもよい。
【0041】
計測部１７１は、ステップＳ１１６で、計測結果が予め設定された基準を満たすか否かを判定する。基準は、例えば、パッド電極３２１間のショート等の不都合を引き起こすおそれのない、偏芯評価値の許容量として定められている。計測結果である偏芯評価値が、許容量を超えていればステップＳ１１７へ進む。許容量に収まっていれば、設定、調整された放電条件で適切なＦＡＢを形成できるものとして、半導体チップ３２０に対する結線作業が実行されるまで待機すべく、一連の準備作業を終了する。
【0042】
ステップＳ１１７へ進んだ場合は、演算処理部１７０は、形成したＦＡＢ３０１をダミーの電極パッド等へ着接させ、クランパ１３２を閉じてワイヤ３００をカットする。そして、ステップＳ１１８で、調整部１７２は、計測部１７１による計測結果を考慮して、放電条件を調整する。すなわち、一定の方向に偏芯している場合はＦＡＢ表面の冷却速度の違いを考慮しスパーク電流、電流傾斜時間、ガス流量等を変更し、ランダムに偏芯方向が変わる場合は振動による影響を考慮しスパーク前遅延時間を入れるなど偏りの大きさや方向に応じて、放電条件のパラメータを変更する。放電条件の調整が完了したら、その調整後の放電条件で形成されるＦＡＢ３０１を評価すべくステップＳ１１２へ戻り、一連の処理を継続する。
【0043】
このような準備作業を経て半導体チップ３２０の結線作業へ移行すれば、結線作業の初期段階から安定したＦＡＢの形成を実現することができる。
【0044】
図７は、本実施形態に係るＦＡＢの偏芯計測を含む第２実施例の処理手順を説明するフロー図である。第２実施例においては、結線作業の実行中に実際に形成されるＦＡＢを監視する。図示するフローは、ステージ２２０に設置された基板３３０の個々の半導体チップ３２０に対して結線作業を始める時点において開始される。なお、図６を用いて説明した各ステップと同様の処理については、同一のステップ番号を付与することにより、特に言及する場合を除いて、その説明を省略する。
【0045】
フローが開始されると、ステップＳ１１１からステップＳ１１６までは、図６の対応するステップと同様の処理を実行する。ただし、ここで形成されるＦＡＢ３０１は、計測のために試行的に形成されるものではなく、実際に半導体チップ３２０のパッド電極３２１へ着接されるものである。
【0046】
計測部１７１がステップＳ１１６で基準を満たすと判断したら、ステップＳ１２１へ進む。駆動制御部１７３は、形成されたＦＡＢ３０１を対象となるパッド電極３２１へ着接し、ファーストボンディングを実行する。このとき、演算処理部１７０は、トランスデューサ１３４へ加振信号を送信するなど、ファーストボンディングに伴う制御を実行する。
【0047】
続いて、駆動制御部１７３は、ステップＳ１２２で、ワイヤ３００を対応するリード電極３２２へ移動させ、セカンドボンディングを実行する。このとき、演算処理部１７０は、トランスデューサ１３４へ加振信号を送信するなど、セカンドボンディングに伴う制御を実行する。演算処理部１７０は、ステップＳ１２３へ進み、クランパ１３２を閉じてワイヤ３００をカットし、ステップＳ１２４へ進む。
【0048】
演算処理部１７０は、ステップＳ１２４で、全ボンディングの処理が終了したか否かを確認する。終了していなければ、残存するボンディング処理を実行すべくステップＳ１１２へ戻って一連の処理を継続する。終了していれば、一連のボンディング処理を終了する。
【0049】
計測部１７１がステップＳ１１６で基準を満たさないと判断したら、ステップＳ１２５へ進み、駆動制御部１７３は、形成したＦＡＢ３０１を対象となるパッド電極３２１へ着接させることなく所定位置へ退避させる。そして、演算処理部１７０は、例えば警告音を発するなどの警告処理を実行し、オペレータへ処理を中断したことを知らせ、一連の処理を中断して終了する。
【0050】
このような処理手順を採用すれば、パッド電極３２１間のショート等の不都合を未然に防ぐことができる。
【0051】
図８は、本実施形態に係るＦＡＢの偏芯計測を含む第３実施例の処理手順を説明するフロー図である。第３実施例においては、結線作業の実行中に実際に形成されるＦＡＢを監視すると共に、計測結果が一定の条件を満たす場合には、結線作業を継続しつつ放電条件を調整する。図示するフローは、図７のフローと同様に、ステージ２２０に設置された基板３３０の個々の半導体チップ３２０に対して結線作業を始める時点において開始される。なお、図６、図７を用いて説明した各ステップと同様の処理については、同一のステップ番号を付与することにより、特に言及する場合を除いて、その説明を省略する。
【0052】
フローが開始されると、ステップＳ１１１からステップＳ１１５までは、図７の対応するステップと同様の処理を実行する。ステップＳ１１５からステップＳ１３１へ進むと、計測部１７１は、計測結果が予め設定された第１基準を満たすか否かを判定する。第１基準は、これを満たさない場合にはパッド電極３２１間のショート等の不都合を引き起こす可能性が高いと判断される基準であり、例えば偏芯評価値によって範囲が定められている。計測結果が第１基準を満たす場合にはステップＳ１２１へ進み、ファーストボンディングを開始する。計測結果が第１基準を満たさない場合には、ステップＳ１２５へ進み、退避と警告の処理を実行し、一連の処理を中断して終了する。
【0053】
ステップＳ１２１へ進んだ場合には、ステップＳ１２３まで上述のように処理を続ける。そして、ステップＳ１３２へ進んだら、計測部１７１は、ステップＳ１１５で計測した計測結果が第２基準を満たすか否かを判定する。第２基準は、これを満たす場合には最適形状と評価し得る基準であり、第１基準よりも偏りが少ない範囲が設定されている。第２基準を満たさず第１基準を満たす状況は、そのまま結線作業を継続してもパッド電極３２１間のショート等の不都合を引き起こすおそれはないものの、何らかのきっかけにより第１基準も満たさなくなる可能性がある。そこで、計測部１７１がステップＳ１３２で第２基準を満たさないと判定した場合には、ステップＳ１３３へ進み、調整部１７２は、計測結果を考慮して、放電条件を調整する。すなわち、偏りの大きさや方向に応じて、放電条件のパラメータを変更する。その後ステップＳ１２４へ進む。計測部１７１がステップＳ１３２で第２基準を満たすと判定した場合には、ステップＳ１３３をスキップして、ステップＳ１２４へ進む。
【0054】
このような処理手順を採用すれば、パッド電極３２１間のショート等の不都合を未然に防ぐことができると共に、継続的に放電条件も調整できるので、より最適に結線作業を実行することができる。なお、このように連続的に形成されるＦＡＢ３０１を観察する場合には、偏りの変化を把握することもできる。調整部１７２は、そのような変化を考慮して放電条件を調整してもよい。また、計測された偏芯評価値と調整した放電条件からその後に形成されるＦＡＢ３０１の偏りの学習データから生成された学習済みモデルを用意すれば、調整部１７２は、そのような学習済みモデルを利用して放電条件を調整することもできる。この場合、実際の結線作業を通じて得られるデータを再学習のための学習データとして活用してもよい。
【0055】
以上説明したワイヤボンダ１００では、第１撮像ユニット１５１と第２撮像ユニット１５２の２つの撮像ユニットによって撮像部を構成したが、装置を簡略化する観点においては、撮像部を１つの撮像ユニットで構成してもよい。図９は、別実施形態に係るワイヤボンダ１００’の要部を模式的に示す斜視図である。ワイヤボンダ１００と同様の構成については同一の符番を付して説明を省略する。
【0056】
ワイヤボンダ１００’は、撮像部が撮像ユニット１５１’のひとつで構成されている点、およびこれが架台２１０に設置されている点でワイヤボンダ１００と異なる。撮像部をひとつの撮像ユニットで構成する場合には、上述のように、放電方向に直交する方向からＦＡＢ３０１を含むワイヤテールを撮像するように設置することが好ましい。ワイヤボンダ１００’は、Ｙ軸プラス方向からワイヤテールを撮像するように撮像ユニット１５１’を備えるが、Ｙ軸マイナス方向からワイヤテールを撮像するように備えてもよい。
【0057】
また、撮像ユニット１５１’を架台２１０に支持されるように設置すれば、ヘッド部の動作に伴って移動されないので安定的にワイヤテールを観察することができる。ただし、この場合はワイヤテールを撮像可能な空間が限られるので、駆動制御部１７３は、当該空間へワイヤテールが位置するように、ヘッド部１１０およびツール部１２０を駆動することを要する。この観点からは、撮像ユニットが架台２１０に支持される構成は、上述の第１実施例を実施する場合に好ましい。なお、架台２１０に複数の撮像ユニットを設置して、ワイヤテールを２つ以上の方向から観察するようにしても構わない。
【0058】
以上、ワイヤボンディング装置の一例としてワイヤボンダ１００を説明したが、本実施形態に係るＦＡＢの偏りを計測する手法や構成を適用し得るボンディング装置は、２つのボンディングポイントをワイヤで接続するワイヤボンダ１００の例に限らない。例えば、基板上の複数の電極上のそれぞれにバンプを形成するバンプボンダにも適用し得る。
【符号の説明】
【0059】
１００、１００’…ワイヤボンダ、１１０…ヘッド部、１２０…ツール部、１３０…第１撮像ユニット、１３１…トーチ、１３２…クランパ、１３３…キャピラリ、１３４…トランスデューサ、１４１…ヘッド駆動モータ、１４２…ツール駆動モータ、１５１…第１撮像ユニット、１５１’…撮像ユニット、１５２…第２撮像ユニット、１７０…演算処理部、１７１…計測部、１７２…調整部、１７３…駆動制御部、１８０…記憶部、１９０…入出力デバイス、２１０…架台、２２０…ステージ、３００…ワイヤ、３０１…ＦＡＢ（フリーエアボール）、３２０…半導体チップ、３２１…パッド電極、３２２…リード電極、３３０…基板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】