JP2000223526A - ワイヤのボンディングおよびテスティングのための組合せ形システム、方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 集積回路チップと基板との間のワイヤ接続の
コンピュータ制御のボンディングおよびテスティング、
およびテスティングに応答してボンディング・パラメー
タを自動的に調節する方法を提供する。 【解決手段】 コンピュータ１０３の制御の下で、チッ
プ１０１と基板との間のワイヤ接続を形成して、ワイヤ
・アタッチメントおよびワイヤ・スパンを作り、ワイヤ
接続を自動的にテストして、テスト・データを発生す
る。このテスト・データに応答して後続のワイヤ接続の
ボンディング・パラメータを自動的に調節する。これに
より不良ボンドの数をゼロ近くにまで減少させ、かつボ
ンディング生産ダウンタイムを実質上取り除く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般には、電子シ
ステムおよび半導体デバイスの分野に関し、詳細には、
半導体チップへのワイヤ・ボンディングおよび品質テス
ティングのための自動化したシステム、方法および装置
の組合せに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】集積回路チップの入力／出力パッドは、
従来は、スパンを形成する金属ワイヤによって外部世界
に接続している。入力／出力パッドのこの金属は、代表
的には、アルミニウムまたは銅から成っており、そして
ワイヤ材料として金または銅が通常使用されている。半
導体デバイスのほとんどでは、キャピラリを使用して、
接続ワイヤ（例えば金）の一端を、パッド金属にフラッ
トにしたボールの形態で取り付けている。上昇温度、超
音波エネルギ、機械的圧力、ボンディング時間は、高品
質の溶接を作るためには慎重にその制御をする必要があ
り、アルミニウム金属上への金ボールの場合には、この
溶接は、連続した一連の５つの金−アルミニウム金属間
化合物から成っていて、これらは、短いボンディング時
間（５ｍｓと２０ｍｓの間）内に素早く開始する必要が
ある。

【０００３】この接続ワイヤの他端は、金属表面にキャ
ピラリでスティッチ・ボンドの形態で取り付ける。多く
の半導体デバイスにおいては、この金属表面は、銅ベー
スのリードフレーム上にデポジットした銀フラッシュ
（silver flash）から成っており、そしてワイヤ・ステ
ィッチを、上昇させた温度および機械的圧力（約５ｍｓ
から２０ｍｓの範囲）で形成することにより、金属間拡
散が生じ得るようにする。同様の金属相互拡散は、キャ
ピラリではなく楔形状のツールを使用してウェッジ・ボ
ンドを形成するとき、ボンドを作る。

【０００４】ワイヤ・ボンディングの処理は、自動化し
たコンピュータ制御のボンダ（普通は、視覚システムと
組み合わさっている）により行う。これらは、ボンディ
ング・ツールの幾何学上の位置決め、インパクト速度お
よび接触力、並びにボンド形成中のデュエル（dwell）
時間および超音波エネルギのようなボンディング・パラ
メータのセットおよび制御を可能にしている。しかし、
これら制御にも拘わらず、ボンドの品質は、ぎりぎりで
あったり、全く欠陥であったりすることがある。ほとん
どの場合、その根本的な原因は、ボンディングすべき金
属の気がつかない変動（例えば、結晶化度または硬
さ）、あるいはクリーンさが不十分な金属表面（例え
ば、検出されなかった酸化、有機残留物、または微粒子
汚染）である。したがって、品質テストがここ１０年の
間に開発されて来ており、そしてこれらは、不良のボン
ド品質または暴走プロセスをできるだけ早く識別するこ
とを目標としている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】最も重要でありしかも
ルーチンとして実行されているテストは、ワイヤ・スパ
ンをそのワイヤ破断点までプルすること、特にボール・
ボンドのワイヤ・アタッチメントを剪断点まで剪断する
ことである。これら両方のテストにおいては、必要とす
る力を測定し、そのテストは破壊性のものであって、オ
フラインで実行しなければならないが、比較的素早くで
きる。他のテストは、もっと遙かに煩わしくしかも時間
のかかるものであり、これらのテストには、金属表面ま
たは冶金横断面の化学的エッチング、表面オージェ分析
またはヌープ金属硬さ分析が含まれる。もちろん、これ
らテストは全て、破壊性のものでありしかもオフライン
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】半導体集積回路（ＩＣ）
アセンブリに関する本発明によれば、ワイヤ・ボンディ
ングとワイヤ品質テスティングの２つの処理を、１つの
コンピュータ制御式のシステム中に組み合せ、これにお
いて、１つのツール・ヘッドが最初にボンディング処理
を実行し、そして次にオンラインでテスティング処理を
実行し、そして最後に、ボンディング・プロセスを続行
するまえに、そのテスト結果に基づく任意の修正をリア
ルタイム・フィードバックでボンディング・パラメータ
に対し実施する。この本発明に基づき、不良ボンドの数
は、ゼロ近くにまで減少し、またオフライン・テスティ
ングに起因するボンディング生産ダウンタイムを実質上
取り除くことができる。

【０００７】本発明は、高密度ＩＣ、特に高い数の入力
／出力、あるいはボンディング・パッドを有するもの、
さらには金属リードフレームを使用するデバイス、並び
に絶縁基板上に装着したチップ、またさらに、小さなパ
ッケージ輪郭および低いプロファイルを必要とするデバ
イスに関係したものである。これらＩＣは、プロセッ
サ、デジタルおよびアナログのデバイス、標準のリニア
製品およびロジック製品、メモリ、高い周波数のデバイ
スおよび高出力デバイス、および大小のエリア・チップ
・カテゴリのような、多くの半導体デバイス・ファミリ
において見られる。本発明は、セルラ通信、ページャ、
ハードディスク・ドライブ、ラップトップ・コンピュー
タおよび医療機器のようなアプリケーションにおいて、
ビルトインの品質および信頼性を保証するのに役立つ。

【０００８】本発明は、ワイヤ・ボンディング技術にお
いて一般に使用されている材料および基本のプロセス・
ステップを利用する。しかし、そのボンディング・プロ
セスを変更することにより、ほんのわずかであるが統計
的に意味のある数のボンドを完了した後にテスト・デー
タを取得することができるようにする。このテスト・デ
ータは、リアルタイムで評価し、ボンディング・パラメ
ータの可能性のある修正に自動的に変換し、そしてボン
ダにフィードバックする。このようにして、後続のボン
ド全ての特性の改善を、自動的に実現する。

【０００９】本発明の１つの側面は、完全に自動でしか
もボンダ・マシンに対し追加の機器スペースを必要とし
ない、半導体アセンブリにおけるワイヤ・ボンディング
およびワイヤ・テスティング処理を組み合わせるための
技法を提供することである。この側面は、ボンド・ヘッ
ドの近くにコンピュータ制御式のツールを追加すること
により実現し、このツールは、ワイヤ・プル式およびボ
ンド・プッシュ式の品質テストを実行しそしてそれに必
要な力を記録するように設計する。

【００１０】本発明の別の側面は、機器変更のコストを
最小限にしながらかつインストールされた製造機器ベー
スを使用しながらそれら目標に達することであり、それ
によって新たな資本投下を必要としないようにすること
である。

【００１１】本発明の別の側面は、テスティング結果の
リアルタイムのフィードバックを提供することにより、
ボンディング・パラメータを、相当なボンダ・ダウンタ
イムなしでボンド品質を向上させるために修正できるよ
うにすることである。この側面は、テスト・データを自
動的にボンディング・パラメータにフィードバックする
ことにより、ボンダへの直接フィードバックでもって実
現する。

【００１２】本発明の別の側面は、ボンディング・プロ
セスに対しフレキシビリティを提供して、可変の結晶化
度、酸化物形成、および少なくとも何等かの偶発的不純
物、のようなチップ金属化における変動を受容するよう
にすることである。

【００１３】本発明の別の側面は、フレキシブルなアセ
ンブリ概念であって、ボール・ボンディング並びにウェ
ッジ・ボンディング技術にも適用でき、また多くのファ
ミリの半導体ＩＣ製品にも適用でき、さらにまた、いく
つかの将来の世代の製品にも適用できるような一般性の
ある、そのようなアセンブリ概念を提供することであ
る。

【００１４】これら側面は、大量生産に適したシステム
および装置設計概念および方法に関する本発明の教示に
より実現される。製品のジオメトリおよび材料の異なっ
た選択を満足するために、種々の変更をうまく用いるこ
とができる。

【００１５】ワイヤ・テスティング・ツールは、細長の
アームとして設計し、これは、その第１端部部分に、ワ
イヤ・プル操作およびワイヤ・プッシュ操作に適した特
徴を有する。ワイヤ・テスティングのためのこのツール
は、ワイヤ・ボンディング・プロセス中においては引き
込ませることができる。

【００１６】本発明の１つの実施形態においては、この
引き込みは、その第２端部部分を貫通した軸でそのアー
ムを回転させることにより達成する。その軸は、ボンデ
ィング・ツールを操作するツール・ヘッドに取り付けた
サポート構造に固定する。

【００１７】本発明の別の実施形態においては、その引
き込みは、サポート構造と共にそのアームを回転させる
ことにより達成し、そしてこの場合、ツール・ヘッドの
近くに回転軸を有する。

【００１８】本発明が表す技術的進歩並びにその諸々の
側面は、本発明の好ましい実施形態の以下の説明から、
添付図面と共に考慮したときに、また添付の特許請求の
範囲に記載したその新規な特徴から明かとなる。

【００１９】

【実施の形態】本発明の好ましい実施形態として、図１
は、自動的にワイヤ接続をボンディングしそして集積回
路（ＩＣ）チップおよび基板に取り付けたそのワイヤ接
続をテストする、全体を１００で指示した組合せ形シス
テムのブロック図を示している。このチップは、普通
は、サポート（これは基板の１部分とすることができ
る）上に装着し、図１においては、この装着したチップ
は１０１で示す。この装着したチップは、システム１０
０内へおよびこの外へと材料ハンドリング・サブシステ
ム１０２により移動させ、そしてこのサブシステムは本
システムのコンピュータ１０３に結合している。本シス
テム内では、装着チップ１０１の移動は、Ｘ−Ｙテーブ
ル１０４によりさらに制御するようにでき、そしてこの
テーブルもまたコンピュータ１０３に結合している。

【００２０】詳細には、図２は、基板およびワイヤ・ボ
ンドとの関係で装着チップを概略的に示している。ＩＣ
は、シリコン、シリコン・ゲルマニウム、ガリウム砒
素、あるいは電子デバイス生産に使用される任意のその
他の半導体材料で作った半導体チップ２０１の活性表面
中に製作する。シリコンの場合、チップの厚さは、代表
的には２２５−４７５μｍである。チップ２０１は、サ
ポート２０２（これは、基板の１部分とすることができ
る）上に装着することにより、複数のボンディング・パ
ッド２０３を備えたその活性回路面がそのサポートから
離れる方向に面するようにする。この装着は、通常は、
粘着性のエポキシあるいはポリイミドの薄膜（図３では
２０９で指示）で行う。

【００２１】ボンディング・パッド２０３は、１辺の長
さが約４０−１５０μｍ、好ましくは９０−１００μｍ
を有する長方形、正方形、円形の形状としている。互い
に隣接するボンディング・パッド間のピッチは、代表的
には５０−２００μｍの範囲にあり、高い数の入力／出
力端子をもつＩＣに対しては、好ましくは５０−７５μ
ｍの間である。図２はさらに、複数の外部コンタクト・
パッド２０４も示している。基板が金属リードフレーム
である場合には、サポート２０２は、チップ・マウント
・パッドであり、コンタクト・パッド２０４は、外部リ
ードである。基板が絶縁媒体中に埋め込んだ導電性パタ
ーンである場合には、サポート２０２は、基板の任意の
部分としてもよく、そしてコンタクト・パッド２０４は
基板と一体の金属化パッドである。

【００２２】ボンディング・パッド２０３は、アルミニ
ウム、そして時には０．５−２％の銅および０．５−１
％のシリコンの一方または両方で合金にしたもので作る
ことが最も多い。この金属層は、約０．４−１．５μｍ
厚である。このアルミニウムの下には、例えばチタン、
チタン窒化物、タングステン窒化物、タングステン、タ
ンタル窒化物、またはタングステン窒化物の薄い（４−
２０ｎｍ）層があることが多い。代替的には、ボンディ
ング・パッド２０３は、パラジウム、金またはニッケル
のようなボンディング可能な金属の薄膜で覆った銅（約
０．２−１．０μｍ厚）から成るようにすることができ
る。

【００２３】ワイヤ接続２０５は、ボンディング・パッ
ド２０３とコンタクト・パッド２０４との間の相互接続
を提供する。このワイヤ接続は、ボンディング・パッド
２０３に対しボール・ボンド２０６で取り付け、そして
コンタクト・パッド２０４に対しスティッチ・ボンド２
０７で取り付ける。代替的には、これらアタッチメント
は、ボンディング・パッドおよびコンタクト・パッドの
両方に対しウェッジ・ボンドとすることもできる。２つ
のアタッチメント間には、ワイヤ・スパン２０８が延び
ている。

【００２４】本発明の好ましい実施形態においては、１
８−３３μｍ、好ましくは２０−２５μｍの間の径の標
準の丸いワイヤを使用する。アルミニウム・パッドへの
ボンディングに対しては、このワイヤは、金で構成し、
オプションとして、非常に少ない含有量のベリリウム、
銅、パラジウム、鉄、銀、カルシウム、あるいはマグネ
シウム（これらは、ボール形成における熱影響を受ける
ゾーンを制御するのに用いられることがあり、これは、
曲げあるいはその他の変形応力に対し機械的に弱くなる
ことがある）を有する。銅のパッドに対するボンディン
グに対しては、このワイヤは、匹敵する径の銅または金
で構成する。

【００２５】図３においては、ワイヤ・ボンディング・
プロセスは、サポート２０２に接着層２０９により装着
したチップ２０１を、加熱した台の上の位置決めして、
その温度を１５０−３００℃にすることから始まる。ワ
イヤ２０５は、チップ３０１を備えたキャピラリにより
張り渡す。ワイヤの先端には、フリーエア・ボール（fr
ee air ball）を、フレームまたはスパーク技術のいず
れかを使用して作る。このボールは、約１．２から１．
６ワイヤ径の代表的な径を有する。キャピラリは、チッ
プ・ボンディング・パッドに向かって移動させ、そして
このボールをそのパッドの金属に対して押しつけること
により、いわゆるネイルヘッド構成３０２を作る。アル
ミニウムのパッドに対しては、押圧力と超音波エネルギ
との組合せにより金−アルミニウム金属間化合物の形成
したがって強い冶金ボンドを作成する。この押圧力（Ｚ
力またはマッシュ（mash）力とも呼ぶ）は、代表的に
は、約１７−７５ｇの間であり、そして超音波時間は、
約１０−２０ｍｓの間であり、超音波出力は約２０−５
０ｍＷの間である。ボンディング時には、温度は、通常
は１５０−２７０℃の範囲にある。銅パッドに対する銅
ワイヤの場合には、金属相互拡散のみが生じて強力な溶
接を生成する。

【００２６】キャピラリをエア中を所定のかつコンピュ
ータ制御した方法で動かすと、正確に定めた形状のワイ
ヤ・ループを作る。例えば、キャピラリのチップは、図
３に概略的に示した経路３０３に従うようにできる。最
近の技術の進展では、丸いループ経路、台形状のループ
経路、直線状のループ経路、およびカスタム化したルー
プ経路を形成することができる。最終的に、キャピラリ
は、その所望の目的地３０５に達する。キャピラリを下
げることによりパッド２０４に接触し、キャピラリのイ
ンプリントにより、冶金上のスティッチ・ボンドを形成
し、そしてワイヤを切断してキャピラリを解放する。ス
ティッチ・コンタクトは、小さいけれども信頼性があ
り、このスティッチ・インプリントの横方向の寸法は、
ワイヤ径の約１．５−３倍である（その正確な形状は、
キャピラリ壁の厚さおよびキャピラリのフットプリント
のような、使用するキャピラリの形状に依存する）。

【００２７】代替的には、ワイヤ端部３０２および３０
５の両方は、ウェッジ・ボンドとすることができる。ワ
イヤ・ボンディングにおける最近の技術進展により、小
さいが信頼性のあるボール・コンタクトおよびスティッ
チ・コンタクトと、並びにワイヤ・ループ３０４の緊密
に制御した形状との形成が可能となっている。このよう
な進展は、例えば、クリケ＆ソファのコンピュータ化さ
れたボンダ８０２０（computerized bonder 8020 by Ku
licke & Soffa, Willow Grove. PA, U.S.A.）または テ
キサス・インストルメント社のABACUS SA（ABACUS SA b
y Texas Instrument, Dallas,TX, U.S.A.）に見られ
る。

【００２８】次に図１を参照すると、キャピラリは、ツ
ール・ヘッド１０６のボンディング・ツール１０５の１
部分であり、これは、Ｚドライバ１０７に結合してい
る。Ｚドライバ１０７とＸ−Ｙテーブル１０４は、それ
らの位置決めコマンドをコンピュータ１０３から受け
る。

【００２９】図１はさらに、テスティング・ツール１０
８を示しており、これもまたＺドライバへそしてコンピ
ュータ１０３に結合している。このテスティング・ツー
ルは、本発明の中枢の部分であり、これは、図３に例え
ばワイヤ・スパン３０４、ボール・ボンド３０２および
スティッチ・ボンド３０５により示すように、完了した
ワイヤ接続に対し以下の品質テストを実行するように構
成している。

【００３０】＊ワイヤ・プル（Wire Pull） “ワイヤ・プル”のテストは、ワイヤ・スパンの強度、
スティッチ・ボンドの品質、およびボンディング機器の
性能を測定するものである。好ましくはフックの形状と
したテスティング・ツールは、ワイヤ・スパンをつかみ
（このツールの正確な位置決めに対して標準化されたル
ールがある）、そしてこれを力を増して上方に持ち上
げ、そしてこれをワイヤ・スパンが破断するまで行う。
破断に必要な力を測定し、そしてこれをテスト・データ
記憶装置（図１に１１０で指示）に記録する。しかしボ
ール・ボンドの強度についての情報に関しては、このワ
イヤ・プル・テストは、およそ、ボンド・シェア・テス
トよりもよりも感度の低い大きさのオーダーである。

【００３１】不良ワイヤ・スパンの破断は、低すぎるプ
ル力で、あるいはワイヤ・スパンに沿っての間違った場
所で現れることになり、これは、スパンの悪いループ形
成、熱または曲げに起因する弱くなったワイヤ・ゾー
ン、または不完全なボンダ性能を示すことになる。

【００３２】＊ボンド・シェア（Bond Shear） “ボンド・シェア”のテストは、ボール・ボンド（また
はウェッジ・ボンド）の強度、ボール金属とボンディン
グ・パッド金属との間に形成された金属間化合物の品質
（ボンド・シェアは、ウェハ製造プロセス性能の品質の
間接的な尺度である）、およびボンディング・パラメー
タの有効性を測定するものである。好ましくはフラット
のコンタクト表面を有するラム（ram）の形状としたテ
スティング・ツールを使用することにより、ワイヤ・ボ
ールに対して横方向にプッシュし（このツールの正確な
位置決めに関する標準化されたルールがある）、そして
このボールに対し増大した横方向力を加え、そしてボー
ルが剪断するまで行う。剪断に必要な力を測定し、そし
てこれをテスト・データ記憶装置（図１に１１０で指
示）に記録する。しかし、ボール・シェアは、ワイヤま
たはスティッチ・ボンドの品質を測定するものではな
い。

【００３３】低すぎる剪断力でのあるいは不正確な場所
での不良剪断は、不十分な金属間化合物形成、パッド金
属化の浮き、パッド金属化の半導体部分の浮き、ワイヤ
・シェア、あるいは間違った場所でのボール・シェアを
示すことになる。

【００３４】図４Ａおよび図４Ｂにおいては、ＩＣチッ
プ４０は、ボンディング・パッド金属化４１を有する。
図４Ａにおいては、ボール・ボンド４２は、ワイヤ４５
から形成しており、これは、パッド金属４１への溶接の
箇所において金属間化合物（別個に示していない）を含
んでいる。剪断用ラム４３は、そのフラット表面４３ａ
がボール４２と接触している。図４Ｂにおいては、ボー
ル・ボンド４２は、剪断ラム４３が横方向に移動するこ
とによりボール・ボンド溶接領域において剪断されてお
り、この剪断は、金属間化合物のゾーン中で進行し、し
たがってこのボンドの品質をテストする。ボール・ボン
ド４２の主要部分４６は、依然としてワイヤ４５に取り
付けている。

【００３５】次に図１を参照すると、ワイヤ・プル・テ
ストとボール・シェア・テストにより獲得した力データ
は、テスト・データ記憶装置１１０内にファイルする。
データ・コンバータ１１１は、このテスト・データを読
み取り、そしてこれらを、ボンディング・ツール１０５
により作成すべき後続のワイヤ・スパンおよびボンド・
アタッチメントに対するボンディング・パラメータのコ
ンピュータ制御１０３を調節するための命令に変換す
る。この修正したボンディング・パラメータは、コンピ
ュータ１０３に結合したボンディング・パラメータ記憶
装置１１２にファイルする。この修正したボンディング
・パラメータを使用することにより、不良ボンドの数は
ゼロ近くにまで減少し、そしてオフライン・テスティン
グおよびパラメータ修正に起因するボンディング生産ダ
ウンタイムは、実質上取り除かれる。

【００３６】コンピュータ１０３に結合した視覚サブシ
ステム１０９は、ボンディングすべきデバイス、そのボ
ンディングおよびツール・ヘッドのテスティング手段の
相対的位置を位置合わせするように働く。これは、校正
手順に対してもさらに必要である（図８Ａ、図８Ｂおよ
び図８Ｃで説明）。

【００３７】図５は、本発明のツール・ヘッドの１つの
好ましい実施形態を示している。このツール・ヘッド
は、全体を５００で指示しており、これは、Ｚ軸（Ｚド
ライブ）５０２を中心として回転可能なキャリア５０１
を有している。キャリア５０１に取り付けているのは、
ボンディング手段５１０と、テスティング手段５２０と
である。ツール・ヘッド５００は、リードフレームのリ
ード５０４にワイヤ・ボンドしそして次にボンド品質に
関してテストすべきＩＣチップ５０３付近に示してい
る。ボンディング手段５１０は、キャリア５０１に固定
したアーム５１１と、適当なサポート構造内のキャピラ
リで構成したボンディング・ツール５１２と、を備えて
いる。

【００３８】テスティング手段５２０は、キャリア５０
１に固定したアーム５２１と、ある軸を中心として回転
可能となるようにアーム５２１に取り付けたテスティン
グ・ツール５２２と、を備えている。テスティング・ツ
ール５２２をこの軸を中心に回転させることにより、こ
れを引き込ませて、ボンディング・ツール５１２がワイ
ヤ・ボンディング処理中において自由に動作できるよう
にできる。

【００３９】図６は、テスティング・ツール５２２をよ
り詳細に示している。このツールは、全体を６００で指
示しており、これは、長手方向の軸６１を有する細長の
アーム６３の形状としている。アーム６３の長さ６３ａ
は、５−６ｍｍの範囲にある。好ましい実施形態におい
ては、このツールは、ステンレススチールまたは銅のよ
うな金属で作り、これは、低摩耗のために強固にしなけ
ればならず、またワイヤのプルおよびプッシュのテステ
ィング条件の下で最小の変形となるよう十分な硬さであ
るようにしなければならない。

【００４０】一端６４では、このツールは、（図５に示
したように）ピボット式のアタッチメントのために適合
させて、これが軸６２で回転できるようにしている。他
端６５では、このツールは、突起６６を有し、これは、
アーム６３から横方向に延在している。好ましい実施形
態においては、長手方向軸６１から概して垂直に長さ６
７ａだけ延在する。一般に、長さ６７ａは、“テストす
べきワイヤ”の径と、それらスパンの近接度とに依存す
る。一例として、２５μｍ径で１５０μｍピッチのワイ
ヤに対しては、長さ６７ａは、約２００−２５０μｍと
することができる。この長さは、ボンダのＸ−Ｙ位置決
め精度内でワイヤをキャッチするのに十分なほど大きく
なければならないが、密接させたワイヤ・スパンへの適
用においてうまくいくよう十分小さくしなければならな
い。表面６７は、ワイヤ・プル・テストにおいてワイヤ
・スパンをつかむような輪郭とし、そして一般的にはこ
の表面は、フックに似ている。これは、“テストすべき
ワイヤ”を傷つけて偽の不合格とするのを回避するた
め、丸いエッジを有する。

【００４１】端部部分６５はさらに、ボンド・シェア・
テストにおいて、ワイヤ・ボンド特にボール・ボンドを
プッシュするのに適した少なくとも１つの表面６８を有
している。この目的のため、ツール６００は、垂直にそ
して横方向に移動してシェア・テストを行うように動作
可能である。好ましい実施形態においては、表面６８
は、フラットとして、これが、ワイヤ・ボンドに対し良
好に規定されたコンタクト表面を提供するようにする。
他の実施形態においては、表面６８は、丸くすることも
できる。その幅６８ａは、ボール・ボンド径に関係して
おり、これがボールをカットする程小さくするべきでは
ないが、これが隣のボールに接触するほど大きくすべき
でない。代表的な幅は、７５−１２５μｍの範囲であ
る。

【００４２】このシェア・コンタクト表面６８に関係し
ているのは、ツール６００の底面６８ｂである。（当業
者には理解されるように、本発明の装置およびアセンブ
リは、種々の位置および方法で使用することができるた
め、“底”および“端部”のような用語は、例示目的の
ためにのみ使用している。）。この面のその形状は、過
剰のツール摩耗なしで明確なタッチダウンの検出を可能
にし、またワイヤ間で突起６７をドライブする際のやり
易さを提供する。底面６８ｂのフラットさは、表面に対
しこれを掘らずに接触するのを容易にし、またその斜面
は、ワイヤをこれを破断せずにプッシュするのを可能に
する。

【００４３】図７Ａおよび図７Ｂは、ツール・ヘッドの
構成における本発明の別の実施形態を示しており、全体
を７００で指示している。このツール・ヘッドは、Ｚ軸
（Ｚドライブ）７０２で回転可能なキャリア７０１を有
している。キャリア７０１に取り付けているのは、ボン
ディング手段７１０とテスティング手段７２０とであ
る。図７Ａにおいては、ツール・ヘッド７００は、リー
ドフレームのリード７０４にワイヤ・ボンディングしそ
してボンド品質に関してテストすべきＩＣチップ７０３
に近接して示している。ボンディング手段７１０は、キ
ャリア７０１に固定したアーム７１１と、適当なサポー
ト構造内のキャピラリで構成したボンディング・ツール
７１２と、を備えている。

【００４４】テスティング手段７２０は、このテスティ
ング手段７２０を引き込ませてボンディング・ツール７
１２がワイヤ・ボンディング処理中において自由に動作
できるようにするため、軸７２３で回転可能なアーム７
２１を備えている。実際のテスティング・ツール７２２
は、アーム７２１に固定する。図７Ａは、アーム７２１
のテスト位置を示し、図７Ｂは、ボンディング処理中に
おけるアーム７２１の位置を示している。図５に示した
実施形態と比較しての図７Ａおよび図７Ｂに示したこの
実施形態の長所は、ボンディング中のより低い回転慣性
であり、短所は、ツール引き込みのため必要なより大き
なクリアランス空間である。

【００４５】図７Ｂに示す引き込みを活性化するための
オプションには、ソレノイド、ピエゾ・スタック、マイ
クロ回転モータ、空気シリンダが含まれる。図５と図７
Ａおよび図７Ｂに示したＩＣチップと基板（例えば、リ
ードフレーム）との間のワイヤ接続のコンピュータ制御
式のボンディングおよびテスティングのため、およびそ
のテスティングに応答してのボンディング・パラメータ
の自動的な調節のための方法は、以下のプロセス・ステ
ップにより例証する。

【００４６】＊ 図３で上述したコンピュータ制御の下
で、チップと基板との間にワイヤ接続を形成し、これ
は、テスティング・ツールが引き込み位置にある間に、
ボールおよびスティッチのアタッチメントとワイヤ・ス
パンの作成をもたらす。 ＊ 以下により、ボンディング・ツールをテスト構成に
移動させる。 −−Ｚ軸を上方に傾けて、ボンディング・ツールにテス
ティング領域をクリアさせる。 −−ＸおよびＹ位置決めシステムを校正したオフセット
だけ移動させて、テスティング・ツールのタッチダウン
のためのクリアランスを提供する。 ＊ テスト領域中を何回かのＸ−Ｙパスを実行して、公
称の“無負荷”の力測定を確立する。 ＊ テスティング・ツールをテスティング位置へと回転
させる。 ＊ Ｚ軸タッチダウン校正をテスティング・ツールで実
行する。 ＊ Ｚ軸を、シェア・テストのためプログラムした量だ
け上げる。 ＊ Ｘ−Ｙ軸を使用し、テスティング・ツールをドライ
ブしてワイヤ・ボールを剪断する一方、電流をテスト・
データとして記録する。 ＊ 電流データから剪断力を計算する。 ＊ 後続のワイヤ接続におけるワイヤ・プル・テストの
ためＺ軸とＸ−Ｙ軸の役割を反転させる、すなわち、テ
スティングのためのツールを位置決めするためＸ−Ｙ軸
を適用しそしてＺ軸をテスト測定の間にツールを移動さ
せるために適用する。 ＊ このテスト・データに応答して後続のワイヤ接続の
ボンディング・パラメータを自動的に調節する。

【００４７】図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃは、テスティ
ング手段のための校正プロセスのステップを示してい
る。図示しているのは、ツール・ヘッド８０１と視覚サ
ブシステム８０２の透視図である。ツール・ヘッド８０
１に取り付けているのは、ボンディング・ツール８０３
とテスティング・ツール８０４である。テスティング・
ツールは、金属化したテスティング表面８０５の上方に
示しており、そしてこの表面は、実際のチップ・ボンデ
ィング・パッドまたはＩＣ生産に通常用いられるアルミ
ニウムに類似の金属硬さ特性を有する一般のミラー状の
表面とすることができる。図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃ
における移動矢印の補助を使用することにより、校正プ
ロセス・ステップのシーケンスは、以下の通りである。

【００４８】＊ ツール・ヘッド８０１をテスティング
構成に置く。 ＊ テスト・ツール８０４をテスト領域８０５の上方に
位置決めして、横方向の突起を有するその端部が領域８
０５に面するようにする。 ＊ Ｘ−Ｙテーブルのその関連のＸ−Ｙ位置を自動的に
記録する。 ＊ Ｚドライブを使用して、テスト・ツール８０４を表
面８０５と接触状態にする（図８Ｂの位置８０６）。 ＊ Ｚドライブのその関連のＺ位置を自動的に記録す
る。 ＊ Ｚドライブを使用して、テスティング・ツール８０
４で十分な圧力を印加することにより、領域８０５に可
視のマーク８０７（これは、図６のツール６００の底面
６８ｂを表す）を作る。 ＊ テスト・ツール８０４を表面８０５の上に上昇させ
る。 ＊ Ｘ−Ｙテーブルを使用し、視覚サブシステム８０２
の視野８０８を移動させて、ツール・マーク８０７の場
所に近づく（図８Ｃ参照）。 ＊ Ｘ−Ｙ位置を自動的に記録する。 ＊ 視覚サブシステムを使用し、ツール・マーク８０７
の特徴の正確な場所を判定する。 ＊ テスティング・ツール８０４ではなく、ボンディン
グ・ツール８０３を用いて校正プロセス・ステップ全部
を繰り返す。 ＊ ボンディング・ツール８０３、テスティング・ツー
ル８０４および視覚サブシステム８０２の正確な相対的
位置を自動的に計算する。

【００４９】以上、本発明について例示的な実施形態を
参照して記述したが、本記述は、限定する意味にとられ
ることを意図したものではない。この例示的実施形態並
びに本発明のその他の実施形態の種々の変更および組合
せは、この基準を参照することに当業者には明らかなも
のである。一例として、半導体チップの材料は、シリコ
ン、シリコン・ゲルマニウム、ガリウム砒素、あるいは
製造に使用される任意のその他の半導体材料から成るよ
うにすることもできる。別の例としては、最新のボンダ
は、シンカワ電気株式会社製造のシンカワＵＴＣ−２０
０（Shinkawa UTC-200, manufactured by Shinkawa Ele
ctric Company Ltd., Tokyo, Japan）のような機器を含
むこともできる。したがって、添付の特許請求の範囲
は、そのような変更および実施形態全てを包含するもの
であると意図している。

【００５０】以上の説明に関してさらに以下の項を開示
する。 （１） 少なくとも１つのボンディング・パッドを有す
る集積回路チップへまた前記ボンディング・パッドから
離れた少なくとも１つのコンタクト・パッドを有する基
板へ取り付けるワイヤ接続を自動的にボンディングしテ
スティングするための組合せシステムであって、前記ボ
ンディングおよびテスティングを制御するコンピュータ
と、ワイヤ・スパンを前記ボンディング・パッドから前
記コンタクト・パッドへ延ばし、かつ前記パッドの両方
に対しワイヤ・アタッチメントを作るよう動作可能なワ
イヤ・ボンダであって、前記コンピュータからの命令に
従う、前記のワイヤ・ボンダと、前記ボンダと組み合わ
せたＸ−Ｙテーブルであって、前記基板上に装着する前
記チップを位置決めするのに適した、前記のＸ−Ｙテー
ブルと、前記ボンダおよび前記テーブルの相対的位置
を、その一方から他方に対し調節するため、前記コンピ
ュータにより制御される手段と、前記ボンダと組み合わ
さったテスティング装置であって、前記ボンディングの
品質をテストするため前記コンピュータにより制御され
る力を加え、かつ前記テスティングのデータをテスト・
ファイルに記憶するよう動作可能なテスティング装置
と、前記テスト・データを受けるように結合したデータ
・コンバータであって、前記データを、前記ボンダによ
る作るべき後続のワイヤ・ボンダ・スパンおよびアタッ
チメントのための前記ボンディング・パラメータのコン
ピュータ制御を調節するための命令に変換し、これによ
り、不良ボンドの数をゼロ近くにまで減少させ、かつボ
ンディング生産ダウンタイムを実質上取り除く、前記の
テスティング装置と、から成る組合せシステム。

【００５１】（２） 第１項記載のシステムであって、
さらに、前記コンピュータに結合した視覚サブシステム
であって、前記集積回路チップ、前記接続ワイヤおよび
前記テスティング装置の相対的場所を電子的に検知する
前記の視覚サブシステムを含むこと、を特徴とする組合
せシステム。

【００５２】（３） 第１項記載のシステムにおいて、
前記アタッチメントは、ボール・ボンド、スティッチ・
ボンドおよびウェッジ・ボンドから成ること、を特徴と
する組合せシステム。

【００５３】（４） 第１項記載のシステムにおいて、
前記ボンディング・パラメータおよび前記コンピュータ
化した命令は、アタッチメントの幾何学的位置、ボンデ
ィング・ツールのインパクト速度およびコンタクト力、
ボンド形成中におけるデュエル時間および超音波エネル
ギ、および動作温度から成ること、を特徴とする組合せ
システム。

【００５４】（５） 第１項記載のシステムにおいて、
前記相対的位置の前記調節は、コンピュータ制御の下で
移動する前記ボンダにより提供すること、を特徴とする
組合せシステム。

【００５５】（６） 第１項記載のシステムにおいて、
前記のボンディング品質のテスティングは、前記ワイヤ
・スパンをプルし、ボール・ボンド、スティッチ・ボン
ドおよびウェッジ・ボンドから成る前記ワイヤ・アタッ
チメントをプッシュするための力を印加することを含む
こと、を特徴とする組合せシステム。

【００５６】（７） 集積回路チップと基板との間のワ
イヤ接続のコンピュータ制御のボンディングおよびテス
ティング、および前記テスティングに応答してボンディ
ング・パラメータを自動的に調節するための方法であっ
て、コンピュータ制御の下で前記チップと前記基板との
間のワイヤ接続を形成して、ワイヤ・アタッチメントお
よびワイヤ・スパンを作るステップと、コンピュータ制
御の下で前記ワイヤ接続を自動的にテストして、テスト
・データを発生するステップと、前記テスト・データに
応答して後続のワイヤ接続の前記ボンディング・パラメ
ータを自動的に調節するステップであって、これにより
不良ボンドの数をゼロ近くにまで減少させ、かつボンデ
ィング生産ダウンタイムを実質上取り除く、前記のステ
ップと、から成る方法。

【００５７】（８） 第８項記載の方法において、前記
ワイヤ・ボンディングおよびテスティングは、ツール・
ヘッドにより実現し、該ツール・ヘッドは、ボードを作
る手段と、ボンディングしたワイヤの品質テスティング
のための手段とから成り、前記ツール・ヘッドは、前記
コンピュータに結合したＸ−Ｙテーブルに取り付け、前
記ボンディング手段および前記テスティング手段は、Ｚ
ドライバに取り付けたこと、を特徴とする方法。

【００５８】（９） 第８項記載の方法において、前記
コンピュータ制御したワイヤ・ボンディングは、前記ボ
ンディング手段を下降させて前記チップ・ボンディング
・パッドに接触させ、そしてボール・ボンドを形成する
ステップと、前記ボンディング手段を上昇させ横方向に
移動させてワイヤ・スパンを作るステップと、前記ボン
ディング手段を下降させて前記基板コンタクト・パッド
と接触させ、そしてスティッチ・ボンドを形成するステ
ップと、から成ること、を特徴とする方法。

【００５９】（１０） 第８項記載の方法において、前
記コンピュータ制御したワイヤ・ボンディングは、前記
ボンディング手段を下降させて前記チップ・ボンディン
グ・パッドに接触させ、そしてウェッジ・ボンドを形成
するステップと、前記ボンディング手段を上昇させ横方
向に移動させてワイヤ・スパンを作るステップと、前記
ボンディング手段を下降させて前記基板コンタクト・パ
ッドと接触させ、そしてウェッジ・ボンドを形成するス
テップと、から成ること、を特徴とする方法。

【００６０】（１１） 第９項または第１０項に記載の
方法において、前記ボンディング手段の前記の下降およ
び上昇は、前記コンピュータに結合したＺドライバによ
り提供し、前記ボンディング手段の前記横方向移動は、
前記コンピュータに結合したＸ−Ｙテーブルにより提供
すること、を特徴とする方法。

【００６１】（１２） 第８項記載の方法において、前
記コンピュータ制御のテスティングは、前記テスティン
グ手段を下降させ、そして前記ワイヤ・スパンをつかむ
ステップと、前記テスティング手段を上昇させ、そして
前記スパンを、前記ワイヤが破断するまでプルするステ
ップと、前記ワイヤ破断を開始させるのに必要な力を記
録するステップと、前記テスティング手段を下降させ、
そして前記ワイヤ・アタッチメント、該アタッチメント
を剪断するまで横方向にプッシュするステップと、前記
アタッチメント・シェアを開始させるのに必要な力を記
録するステップと、から成ること、を特徴とする方法。

【００６２】（１３） 第１２項記載の方法において、
前記テスティング手段の前記の下降および上昇は、前記
コンピュータに結合したＺドライバにより提供し、前記
テスティング手段の前記横方向プッシュは、前記コンピ
ュータに結合したＸ−Ｙテーブルにより提供すること、
を特徴とする方法。

【００６３】（１４） 第８項記載の方法であって、さ
らに、前記ワイヤ接続を形成するステップを実行してい
る間に、テスティング手段を引き込むステップを含むこ
と、を特徴とする方法。

【００６４】（１５） 第７項記載の方法において、前
記のワイヤ接続を形成するステップは、前記ワイヤ接続
をテスティングしそして前記テスト・データを発生する
前記の後続のステップを実行する前に、複数の回数繰り
返し、これにより前記ボンディング・パラメータの調節
が統計的テスト・データに基づくようにすること、を特
徴とする方法。

【００６５】（１６） 第１２項記載の方法において、
前記ワイヤ・スパンをプルしそして前記ワイヤ・アタッ
チメントをプッシュする前記のステップは、別々のワイ
ヤ接続の集団に対し実行すること、を特徴とする方法。

【００６６】（１７） 自動的に、ワイヤ接続を集積回
路チップ上のボンディング・パッドと基板上のコンタク
ト・パッドとの間にボンディングし、そして前記接続の
品質をテストする装置であって、前記ボンディングおよ
びテスティングを制御するコンピュータと、前記コンピ
ュータに結合した位置決め手段と組合わさったツール・
ヘッドと、前記ツール・ヘッドに結合しており、前記ボ
ンド・ワイヤ接続を作るよう動作可能な第１のツール
と、前記ツール・ヘッドに結合しており、前記接続の前
記品質をテストするよう動作可能な第２のツールと、か
ら成る装置。

【００６７】（１８） 第１７項記載の装置であって、
前記位置決め手段は、Ｘ−ＹテーブルとＺドライバとか
ら成ること、を特徴とする装置。

【００６８】（１９） 第１７項記載の装置において、
前記第１ツールは、キャピラリおよびウェッジ・ツール
とから成るボンディング・ツールであること、を特徴と
する装置。

【００６９】（２０） 第１７項記載の装置において、
前記第２ツールは、Ｘ，ＹおよびＺ方向に力を加えるの
に適した機械的アームであること、を特徴とする装置。

【００７０】（２１） 集積回路のアセンブリ内に作ら
れたボンディングしたワイヤの品質テストのため、ワイ
ヤ・ボンダへのアタッチメントのための装置であって、
長手方向軸と、第１および第２の端部部分を有する細長
のアームと、前記ボンダへのピボット式アタッチメント
のために適合させた前記第１端部部分と、前記第２端部
部分であって、これから横方向に延びかつ前記長手方向
軸に概して垂直の突起を有し、さらに、ワイヤ・プル・
テストにおいてワイヤ・スパンをプルするように輪郭を
定めた表面を有する、前記の第２端部部分と、ボンド・
シェア・テストにおいて前記ワイヤ・ボンドをプッシュ
するのに適した少なくとも１つの表面をさらに有する前
記第２端部部分と、垂直にそして横方向に移動して前記
テストを実行するよう動作可能な前記アームと、から成
る装置。

【００７１】（２２） 第２１項記載の装置において、
前記テスティング装置は、ワイヤ接続中において前記ア
ームを引き込むのを提供するためある軸で回転可能であ
ること、を特徴とする装置。

【００７２】（２３） 第２１項記載の装置において、
プッシュするのに適した前記第２端部部分の前記少なく
とも１つの表面は、フラットな表面であること、を特徴
とする装置。

【００７３】（２４） 集積回路チップと基板との間の
ワイヤ接続のコンピュータ制御のボンディングおよびテ
スティング、および前記テスティングに応答してボンデ
ィング・パラメータを自動的に調節するため方法を提供
する。コンピュータ制御の下で前記チップと前記基板と
の間のワイヤ接続を形成して、ワイヤ・アタッチメント
およびワイヤ・スパンを作るステップと、コンピュータ
制御の下で前記ワイヤ接続を自動的にテスティングし
て、テスト・データを発生するステップと、前記テスト
・データに応答して後続のワイヤ接続の前記ボンディン
グ・パラメータを自動的に調節するステップであって、
これにより不良ボンドの数をゼロ近くにまで減少させ、
かつボンディング生産ダウンタイムを実質上取り除く、
前記のステップと、から成る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ワイヤ・ボンディングとワイヤ・テスティング
とを組み合せ、ボンディング・パラメータを自動的に修
正するためのコンピュータ・システムのブロック図。

【図２】リードフレームに装着した集積回路チップの１
部分の概略図。

【図３】ワイヤ・ボンディング処理中におけるキャピラ
リ・チップおよびその動きの概略的で簡単化した横断面
図。

【図４】ＡとＢとは、ボンド・シェア品質テストのある
種のフェーズ中におけるボール・ボンドの概略的で簡単
化した横断面図。

【図５】本発明のツール・ヘッドの第１実施形態の概略
的で簡単化した横断面図。

【図６】本発明によるワイヤ・テスティング・ツールの
概略透視図。

【図７】ＡとＢとは、本発明のツール・ヘッドの第２実
施形態の概略的で簡単化した透視図。

【図８】Ａ，Ｂ，Ｃは、本発明による校正プロセスのあ
る種のフェーズ中におけるツール・ヘッドおよび視覚サ
ブシステムの概略的で簡単化した透視図。

【符号の説明】

１０１ 装着チップ １０２ 材料ハンドリング・サブシステム １０３ コンピュータ １０４ Ｘ−Ｙテーブル ２０１ 半導体チップ ２０２ サポート ２０３ ボンディング・パッド ２０４ コンタクト・パッド ２０５ ワイヤ接続 ２０６ ボール・ボンド ２０７ スティッチ・ボンド ２０８ ワイヤ・スパン ２０９ 接着層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つのボンディング・パッド
   を有する集積回路チップへまた前記ボンディング・パッ
   ドから離れた少なくとも１つのコンタクト・パッドを有
   する基板へ取り付けるワイヤ接続を自動的にボンディン
   グしテスティングするための組合せシステムであって、 前記ボンディングおよびテスティングを制御するコンピ
   ュータと、 ワイヤ・スパンを前記ボンディング・パッドから前記コ
   ンタクト・パッドへ延ばし、かつ前記パッドの両方に対
   しワイヤ・アタッチメントを作るよう動作可能なワイヤ
   ・ボンダであって、前記コンピュータからの命令に従
   う、前記のワイヤ・ボンダと、 前記ボンダと組み合わせたＸ−Ｙテーブルであって、前
   記基板上に装着する前記チップを位置決めするのに適し
   た、前記のＸ−Ｙテーブルと、 前記ボンダおよび前記テーブルの相対的位置を、その一
   方から他方に対し調節するため、前記コンピュータによ
   り制御される手段と、 前記ボンダと組み合わさったテスティング装置であっ
   て、前記ボンディングの品質をテストするため前記コン
   ピュータにより制御される力を加え、かつ前記テスティ
   ングのデータをテスト・ファイルに記憶するよう動作可
   能なテスティング装置と、 前記テスト・データを受けるように結合したデータ・コ
   ンバータであって、前記データを、前記ボンダによる作
   るべき後続のワイヤ・ボンダ・スパンおよびアタッチメ
   ントのための前記ボンディング・パラメータのコンピュ
   ータ制御を調節するための命令に変換し、これにより、
   不良ボンドの数をゼロ近くにまで減少させ、かつボンデ
   ィング生産ダウンタイムを実質上取り除く、前記のテス
   ティング装置と、から成る組合せシステム。
2. 【請求項２】 集積回路チップと基板との間のワイヤ接
   続のコンピュータ制御のボンディングおよびテスティン
   グ、および前記テスティングに応答してボンディング・
   パラメータを自動的に調節するための方法であって、 コンピュータ制御の下で前記チップと前記基板との間の
   ワイヤ接続を形成して、ワイヤ・アタッチメントおよび
   ワイヤ・スパンを作るステップと、 コンピュータ制御の下で前記ワイヤ接続を自動的にテス
   トして、テスト・データを発生するステップと、 前記テスト・データに応答して後続のワイヤ接続の前記
   ボンディング・パラメータを自動的に調節するステップ
   であって、これにより不良ボンドの数をゼロ近くにまで
   減少させ、かつボンディング生産ダウンタイムを実質上
   取り除く、前記のステップと、から成る方法。
3. 【請求項３】 自動的に、ワイヤ接続を集積回路チップ
   上のボンディング・パッドと基板上のコンタクト・パッ
   ドとの間にボンディングし、そして前記接続の品質をテ
   ストする装置であって、 前記ボンディングおよびテスティングを制御するコンピ
   ュータと、 前記コンピュータに結合した位置決め手段と組み合わさ
   ったツール・ヘッドと、 前記ツール・ヘッドに結合しており、前記ボンド・ワイ
   ヤ接続を作るよう動作可能な第１のツールと、 前記ツール・ヘッドに結合しており、前記接続の前記品
   質をテストするよう動作可能な第２のツールと、から成
   る装置。