ボンディング装置
【課題】ボンディング装置において、ボンディング対象に対するマイクロプラズマによる表面処理とボンディング処理とを効率的に行うことである。
【解決手段】ワイヤボンディング装置は、絶縁体からなる筒状のプラズマキャピラリ本体４２と、その外側に取り付けられた円筒状の外部電極５６と、その中心に配設された線状の内部電極５４と、その外周に取り付けられたシールガスノズル７４とを含んで構成されるプラズマキャピラリ４０を備えている。プラズマキャピラリ４０の内部で生成されたマイクロプラズマ３００は、本体開口４８から噴出し、先端の環状開口７６から噴出したシールガス流４００によって外気とシールされた状態でボンディングパッド５の表面処理を行う。その表面処理と連動してボンディングキャピラリを用いてボンディングが行われる。
【解決手段】ワイヤボンディング装置は、絶縁体からなる筒状のプラズマキャピラリ本体４２と、その外側に取り付けられた円筒状の外部電極５６と、その中心に配設された線状の内部電極５４と、その外周に取り付けられたシールガスノズル７４とを含んで構成されるプラズマキャピラリ４０を備えている。プラズマキャピラリ４０の内部で生成されたマイクロプラズマ３００は、本体開口４８から噴出し、先端の環状開口７６から噴出したシールガス流４００によって外気とシールされた状態でボンディングパッド５の表面処理を行う。その表面処理と連動してボンディングキャピラリを用いてボンディングが行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボンディング装置に係り、特にボンディング対象について表面処理を行った後ボンディング処理を行うボンディング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボンディング装置として、半導体チップの電極部と回路基板のリード端子との間を金属細線で接続するワイヤボンディング装置が知られている。金属細線が接続される半導体チップの電極部はボンディングパッドと呼ばれ、回路基板のリード端子はボンディングリードと呼ばれることがあるが、これらに金属細線を超音波接続技術あるいは熱圧着接続技術等を用いて接続する際に、これらの表面状態の重要性が認識されている。すなわち、ボンディングパッドの金属層又はボンディングリードの金属層の表面が汚染され、あるいは異物があると、金属細線との間で良好な電気的接合を行うことができず、また機械的接合強度も弱い。そこで、ボンディング処理を行う前に、ボンディングパッドあるいはボンディングリードの表面処理を行うことが試みられる。
【０００３】
そのために、１つはボンディング処理を行う前に、ボンディングパッドあるいはボンディングリードの表面処理を行うことが試みられる。例えば、特許文献１には、被接続表面をクリーニングしてからワイヤボンディングを行う装置等が開示され、そこでは、プラズマジェット部とワイヤボンディング部とが一体構成されるワイヤボンディング装置が述べられている。プラズマジェット部は、外側誘電体管と内側誘電体管とからなる同軸の二重構造で、外側誘電体管には接地された円錐状電極が、内側誘電体管の内部には丸棒状の高周波電極がそれぞれ設けられ、この間に例えばアルゴンガスを導入した上で大気中グロー放電を起こさせて、低温プラズマを生じさせる。このようにして発生したプラズマをガス噴出口から噴出させて電極上のコンタミネーションを除去し、その後ワイヤボンディングを行う。
【０００４】
また、特許文献２には、プラズマ処理装置等が開示され、ここでは、安定したグロー放電によるプラズマ処理を行うため、ストリーマー放電を抑制する方法として、電極を冷却すること等が述べられている。このプラズマ処理装置を用いたシステムとして、ベルトコンベア等で搬送されるＩＣ搭載回路基板の電子部品を囲む複数のボンディングパッドの表面処理を行うものが述べられている。ここでは、基板の各ボンディングパッドの座標を読み込み、その座標に従ってプラズマジェットの吹き出し位置の移動を制御し、順次送りによりプラズマ処理を行う。
【０００５】
また、特許文献３にはマイクロプラズマＣＶＤ装置が開示され、そこでは絶縁材料からなる筒状のプラズマトーチの細くなっている先端部に高周波コイルを設け、プラズマトーチ内にワイヤを通す構成において、プラズマトーチ内のワイヤと高周波コイルとの間で高周波電力による誘導プラズマを生じさせることが述べられている。ここで、プラズマトーチの先端の直径はおよそ１００μｍで、これにより２００μｍ程度の領域に、高密度マイクロプラズマを用いて、カーボン等の材料を大気中で堆積させることができると述べられている。
【０００６】
また、特許文献４には、高速、高温プラズマを用いた表面処理装置及びこれを用いた表面処理方法が開示されている。ここでは、誘導コイルの巻回されたプラズマ発生部のラバルノズル入口に二重管を接続し、内管にはプラズマ発生用ガスを流し、外管にはラバルノズル内面と発生したプラズマとをシールするシールガスを流して、ラバルノズル内面を保護する構造が述べられている。これにより、ラバルノズル内面から不純物のパーチクルがプラズマガス中に入り込んで表面処理品質の低下を低下させることを防止する。
【０００７】
高温のプラズマについては、特許文献５に、タンディシュ内の溶鋼をプラズマアークにより加熱するプラズマトーチが開示されている。ここでは、カソード電極とこのカソード電極を中心としてその外周に同心円上にプラズマ作動ガスを供給するプラズマ作動ガス供給管を配設し、その外周で前記カソード電極の同心円上に前記カソード電極と前記プラズマ作動ガスにより発生するプラズマアークをシールするシールガス供給管を配設している。このシールガスによって、電極が空気中の酸素などに接触して損耗することを少なくすることが開示されている。
【０００８】
もう１つの試みは、金属層を予め保護しておくことである。たとえば、特許文献６には、半導体装置等が開示され、ここでは、銅又は銅系合金を配線材料に用いる半導体装置のボンディングワイヤ結線用電極パッドを多層構造にすることが述べられている。すなわち、半導体基板上に凹部を形成し、その凹部に下層から銅膜、拡散防止膜、酸化防止膜の順に成膜する。また、銅膜の下面と接続する銅系アンカー層が半導体装置の絶縁膜層に埋め込まれる。拡散防止層は、ＴｉＮ、Ｗ等で、酸化防止膜はＡｌ、Ａｕ、Ａｇ等を主体とした合金である。これらはすべて凹部の中に形成され、化学機械研摩（ＣＭＰ）によって、これ以外の部分に堆積した拡散防止膜、酸化防止膜は除去され、絶縁膜と同じ高さの電極パッドが得られる。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−３４０５９９号公報
【特許文献２】特開平１１−２６０５９７号公報
【特許文献３】特開２００３−３２８１３８号公報
【特許文献４】特開平９−３１６６４５号公報
【特許文献５】特開平１１−２９１０２３号公報
【特許文献６】特開２００１−１５５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
低温のマイクロプラズマをボンディングパッドやボンディングリードに照射して、その表面処理を行う際に、プラズマ化したガスの噴流の周囲にある外気や外気中の有機物などがガスの噴流に巻き込まれることがある。これは、マイクロプラズマの速度が、超音速のような高速でない場合であっても起こりうる。そして、このように外気や有機物がプラズマ噴流の中に巻き込まれると、一端表面処理したボンディングパッドやボンディングリードの表面を表面処理手段であるマイクロプラズマ自身によって再度酸化させてしまったり、一端表面から除去した有機物を再度付着させたりすることが発生する。すると、マイクロプラズマによる表面処理を行っても、ボンディングワイヤとボンディングパッド、あるいはボンディングリードとの間で良好な電気的接合を行うことができず、また機械的接合強度も弱くなってしまうという問題がある。
【００１１】
特許文献１又は３に記載された従来技術は、いずれも低温の微細なマイクロプラズマによって、ボンディングパッドあるいはボンディングリードの表面処理を行うことは開示されているが、上記のようなマイクロプラズマが周囲の外気を巻き込んで処理対象物の表面を再酸化、再汚染してしまうという問題点については開示されていない。また、特許文献４の従来技術には超音速のプラズマがプラズマ発生器のラバルノズル内面を保護するためにプラズマとラバルノズルの間にシールガスを流してこれらが直接接触することを防止すということは開示されているが、低温プラズマが周囲の外気や有機物を巻き込むという点については記載も開示もされていない。更に、特許文献５の従来技術には２０００℃というような高温状態において動作する加熱プラズマにおいて、プラズマ作動ガスにより発生するプラズマアークをシールするシールガスを外周に供給し、電極が空気中の酸素などに接触して損耗を少なくすることが開示されているが、低温の表面処理用プラズマについては記載されていない。
【００１２】
一方、ワイヤボンディング装置等は、現在高精度化、高速化等の要求が強く、ワイヤを保持してボンディング処理を行うボンディングヘッドの移動は、高精度の位置決めを高速に行っている。したがって、ボンディング処理の前に表面処理を行うには、この高速化のボンディング装置特有の要求等を考慮しなければならない。特許文献２、３に記載の従来技術はボンディング処理との関係を顧慮せず、特許文献１に記載の従来技術はプラズマジェット部とワイヤボンディング部との一体構成の具体的内容が述べられていない。また、特許文献６に記載された従来技術はプラズマ処理との関係が述べられていない。
【００１３】
このように、従来技術のボンディング装置においては、マイクロプラズマによるボンディング対象に対する表面処理を効果的に行うことが困難である。また、ボンディング対象に対する表面処理とボンディング処理とを効率的に行うことも困難である。ここで、ボンディング対象の表面処理を除去処理と堆積処理に大別することができ、除去処理としては、還元、エッチング等によりボンディング対象の表面の汚染や酸化膜や異物を除去して清浄面とすることが有り、堆積処理としては、ボンディング性のよい材料、例えば、ボンディングワイヤと同じ金をボンディング対象の表面に堆積させることが有る。いずれの処理もマイクロプラズマによる処理であることから、上記の従来技術では、除去処理、堆積処理共に処理の際の再酸化、再汚染の問題が未解決である。更に、再酸化、再汚染を解決してそれをどのようにボンディング技術と結びつけるかも未解決である。
【００１４】
本発明の目的は、マイクロプラズマによるボンディング対象に対する効果的な表面処理を可能にするボンディング装置を提供することである。また、他の目的は、ボンディング対象に対する表面処理とボンディング処理とを効率的に行うことを可能とするボンディング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のボンディング装置は、ボンディングツールを用いてボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング処理部と、内部でプラズマ化したガスを先端の開口からボンディング対象に噴出させるプラズマ発生部と、プラズマ発生部の外面に同軸上に取り付けられた環状流路先端の開口からシールガスを噴出させてプラズマ化したガスを外気からシールするシールガス噴出部と、を含むプラズマキャピラリと、を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明のボンディング装置は、ボンディングキャピラリを有するボンディングアームを用いてボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング処理部と、内部でプラズマ化したガスを先端の開口からボンディング対象に噴出させるプラズマ発生部と、プラズマ発生部の外面に同軸上に取り付けられた環状流路先端の開口からシールガスを噴出させてプラズマ化したガスを外気からシールするシールガス噴出部と、を含むプラズマキャピラリと、プラズマキャピラリを先端に有するプラズマアームを用いてボンディング対象に表面処理を行うプラズマ処理部と、ボンディングアームの動作と、プラズマアームの動作とを、連動して制御する制御部と、を備えることを特徴とする。ここで、ボンディング処理部は、ボンディング用ステージに保持されたボンディング対象に対しボンディング処理を行い、プラズマ処理部は、ボンディング処理部で処理されるボンディング対象と同種類であって表面処理用ステージに保持されたボンディング対象に対し表面処理を行い、制御部は、同種類の各ボンディング対象の同じ部位においてそれぞれボンディング処理と表面処理とを連動して行わせる制御をすることとしても好適である。また、プラズマ発生部は、絶縁体からなる筒状部材と同軸上に取り付けられた円筒型外面電極と筒状部材の中心軸上に取り付けられた線状の内部電極とへの電力供給によって、筒状部材の内部でプラズマ化したガスを、筒状部材の先端部の開口から噴出させる容量結合型のマイクロプラズマ発生部であること、としても好適である。
【００１７】
本発明のボンディング装置は、ボンディングツールを用いてボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング処理部と、内部でプラズマ化したガスを、先端の開口からボンディング対象に噴出させるプラズマ発生部と、プラズマ発生部の外面に同軸上に取り付けられた環状流路先端の開口からシールガスを噴出させてプラズマ化したガスを外気からシールするシールガス噴出部と、を含むプラズマキャピラリと、プラズマ発生部の中に挿入される所定材料の細線の先端位置をプラズマ発生部の内部でガスがプラズマ化するプラズマ領域との関係で変更する手段であって、細線の先端位置がプラズマ領域の外側にあり、ボンディング対象物の表面をプラズマ化したガスで除去する除去位置と、細線の先端位置がプラズマ領域の内側にあり、細線の材料をプラズマ化したガスとともにボンディング対象物に噴出させて堆積させる堆積位置との間で変更する位置変更手段と、位置変更手段によってマイクロプラズマ発生部における細線位置を表面除去位置に移動させてボンディング対象物の表面の汚染や酸化膜を除去したのち、細線位置を堆積位置に移動させてボンディング対象物に所定材料を堆積させる制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明のボンディング装置は、ボンディングキャピラリを有するボンディングアームを用いてボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング処理部と、内部でプラズマ化したガスを、先端の開口からボンディング対象に噴出させるプラズマ発生部と、プラズマ発生部の外面に同軸上に取り付けられた環状流路先端の開口からシールガスを噴出させてプラズマ化したガスを外気からシールするシールガス噴出部と、を含むプラズマキャピラリと、プラズマキャピラリを先端に有するプラズマアームを用いてボンディング対象に表面処理を行うプラズマ処理部と、プラズマ発生部の中に挿入される所定材料の細線の先端位置をプラズマ発生部の内部でガスがプラズマ化するプラズマ領域との関係で変更する手段であって、細線の先端位置がプラズマ領域の外側にあり、ボンディング対象物の表面をプラズマ化したガスで除去する除去位置と、細線の先端位置がプラズマ領域の内側にあり、細線の材料をプラズマ化したガスとともにボンディング対象物に噴出させて堆積させる堆積位置との間で変更する位置変更手段と、ボンディングアームの動作と、プラズマアームの動作とを、連動して制御する制御部と、を備え、制御部は、位置変更手段によってプラズマ発生部における細線位置を表面除去位置に移動させてボンディング対象物の表面を除去したのち、細線位置を堆積位置に移動させてボンディング対象物に所定材料を堆積させ、次に、ボンディング処理部によって、所定材料の堆積した部位にボンディング処理を行わせることを特徴とする。ここで、ボンディング処理部は、ボンディング用ステージに保持されたボンディング対象に対しボンディング処理を行い、プラズマ処理部は、ボンディング処理部で処理されるボンディング対象と同種類であって表面処理用ステージに保持されたボンディング対象に対し表面処理を行い、制御部は、同種類の各ボンディング対象の同じ部位においてそれぞれボンディング処理と表面処理とを連動して行わせる制御をすることとしても好適である。
【００１９】
本発明のボンディング装置において、制御部は、同一のボンディング対象についてボンディング処理と表面処理とを連動して行わせる制御をすることを特徴ととても好適であるし、更に、制御部は、ボンディングアームとプラズマアームとを一体として移動させる制御をすることとしても好適である。また、プラズマ発生部は、絶縁体からなる筒状部材に巻回された高周波コイルへの電力供給によって、筒状部材の内部でプラズマ化したガスを、筒状部材の先端部の開口から噴出させる誘導結合型のマイクロプラズマ発生部であること、としても好適である。
【００２０】
本発明のボンディング装置において、シールガスはプラズマ化するガスと同等あるいは該ガスよりも化学的活性の低いガスであること、としても好適であるし、シールガスは不活性ガスであること、としても好適である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、マイクロプラズマによるボンディング対象に対する効果的な表面処理を可能にすることができるという効果を奏する。また、ボンディング対象に対する表面処理とボンディング処理とを効率的に行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、半導体チップのボンディングパッドと基板のボンディングリードに関する、表面処理とボンディング処理とについて、特に通常のワイヤボンディングについて詳細に説明する。ここで通常のワイヤボンディング技術とは、基板上に搭載された半導体チップのボンディングパッドにワイヤのファーストボンディングを行い、そのワイヤを延ばしてボンディングリードにセカンドボンディングを行うものである。ボンディングパッドとボンディングリードに関する接続技術は、ボンディング対象の性質に応じ、ワイヤボンディング技術の他にも、半導体チップを積層するスタックド素子におけるワイヤボンディング、フリップチップを形成する技術、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｆｉｌｍ）技術、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）技術等様々な技術が用いられる。以下では通常のワイヤボンディング技術の他に、できるだけ多くの実施例を説明するが、これら以外のボンディングパッドとボンディングリードとに関する表面処理とボンディング処理についても、本発明が適用できる。
【００２３】
上記のように、ボンディング処理とは、ワイヤボンディングのみに限られず、広く半導体チップのボンディングパッドと基板のボンディングリードとに関する接続処理を意味するものとするので、したがって、ボンディング処理に用いるボンディングツールは、ワイヤボンディングの場合においてワイヤを挿通するキャピラリであるが、その他の技術においては必ずしもキャピラリでないことがある。例えば、ＣＯＦの場合には、半導体チップを把持してボンディングするコレットが、ボンディングツールとなる。
【００２４】
また、以下において、表面処理は、ボンディングパッド及びボンディングリードの双方に適用することを基本に説明するが、具体的なボンディング対象の性質によっては、いずれか一方を省略することも可能である。
【実施例１】
【００２５】
図１は、表面処理とボンディング処理とを行うことができるワイヤボンディング装置１０の構成図であり、ボンディング対象８として基板に搭載された半導体チップも図示されている。ワイヤボンディング装置１０は、ボンディング対象８に対し、ボンディングを行う狭い領域、具体的には半導体チップのボンディングパッドと基板のボンディングリードに、ボンディング処理前の表面処理をプラズマ化したガスの作用により行い、その後にボンディング処理を行う機能を有するワイヤボンディング装置である。
【００２６】
ワイヤボンディング装置１０は、ボンディング対象８を保持し所定の位置に搬送する搬送機構１２、ボンディングキャピラリ２４をボンディングアーム本体２２の先端に取り付けたボンディングアーム２１、ボンディングアーム２１を移動駆動するボンディング用のＸＹＺ駆動機構２０、プラズマキャピラリ４０をプラズマアーム本体３２の先端に取り付けたプラズマアーム３１、プラズマアーム３１を移動駆動する表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０、表面処理用のガス供給部６０、表面処理用の高周波電力供給部８０、シールガス供給部８６、各要素を一体として制御する制御部９０を含んで構成される。ここで、プラズマキャピラリ４０、ガス供給部６０、高周波電力供給部８０はマイクロプラズマ発生部３４を構成し、プラズマキャピラリ４０先端のシールガスノズル７４と、シールガス供給部８６はシールガス噴出部を構成する。
【００２７】
ボンディング用ＸＹＺ駆動機構２０は、ボンディングアーム２１を図１に示すＸ軸方向及びＹ軸方向の任意の位置に移動駆動し、その任意の位置でボンディングキャピラリ２４の先端をＺ軸方向に上下駆動できる機能を有する。ボンディングアーム２１は、ボンディングアーム本体２２と、その先端に取り付けられるボンディングキャピラリ２４とを含んで構成される。ボンディング用ＸＹＺ駆動機構２０は、ボンディングアーム本体２２を搭載する高速ＸＹテーブルと、ボンディングアーム本体２２を揺動駆動してその先端に取り付けられたボンディングキャピラリ２４を上下動させる高速Ｚモータとを含んで構成される。位置決めには、センサを用いたサーボ機構が用いられる。
【００２８】
ボンディングアーム２１は、上記のようにボンディングアーム本体２２と、その先端に取り付けられるボンディングキャピラリ２４とから構成されるが、図示されていない超音波トランスデューサによって超音波エネルギをボンディングキャピラリ２４に供給し、ボンディングキャピラリ２４に挿通されたボンディングワイヤをボンディング対象８に押し付けて接合させる機能を有する。ボンディングキャピラリ２４は、周知のように、ボンディングワイヤを挿通する細い筒状の部材である。ボンディングワイヤとしては金やアルミニウム等の細線を用いることができる。なお、図１には、ボンディングワイヤを供給するスプール、ボンディングワイヤの動きをクランプ又は解放するクランパ等の機構の図示を省略してある。
【００２９】
表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０は、後に詳述する表面処理用のプラズマキャピラリ４０を先端に有するプラズマアーム３１を図１に示すＸ軸方向及びＹ軸方向の任意の位置に移動駆動し、その任意の位置でプラズマキャピラリ４０の先端をＺ軸方向に上下駆動できる機能を有する。プラズマアーム３１は、プラズマアーム本体３２と、その先端に取り付けられるプラズマキャピラリ４０とを含んで構成される。また、プラズマキャピラリ４０先端にはシールガスノズル７４が備えられている。図２は、プラズマアーム３１を抜き出して示したものである。このように、プラズマアーム本体３２およびプラズマキャピラリ４０の外観は、それぞれ、ボンディングアーム本体２２、ボンディングキャピラリ２４の外観と類似する。
【００３０】
表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０は、ほぼボンディング用ＸＹＺ駆動機構２０と同様の機能を有する。相違するのは、ボンディング用ＸＹＺ駆動機構２０は高速高精度の移動駆動を必要とするが、表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０はそれほどの位置決め精度を要しないところである。すなわち、表面処理が適用される領域は、ワイヤがボンディングパッド又はボンディングリードに接合される投影面積より広く、また、そのばらつきもある程度許容できるからである。したがって、表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０を構成するＸＹテーブル、Ｚモータの性能は、ボンディング用ＸＹＺ駆動機構２０のものと比較して緩和することができる。
【００３１】
また、このように表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０及びプラズマアーム本体３２およびプラズマキャピラリ４０は、ボンディング用のＸＹＺ駆動機構２０及びボンディングアーム本体２２およびボンディングキャピラリ２４とほぼ同様な機能であるので、プラズマキャピラリ４０の先端の位置とボンディングキャピラリ２４の先端位置を較正することで、両者の移動制御を同じシーケンスで実行させることができる。つまり、同じシーケンスプログラムを適用して、ボンディング対象８に対するプラズマキャピラリ４０の先端の移動と、ボンディングキャピラリ２４の先端の移動を全く同じとできる。換言すれば、同じシーケンスプログラムを、同時に、表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０とボンディング用のＸＹＺ駆動機構２０に与えると、プラズマキャピラリ４０の先端の移動と、ボンディングキャピラリ２４の先端の移動とは同じとできる。つまりあたかも、表面処理用装置とボンディング用装置の２台が、全く同じ動きを同時に行うようにできる。
【００３２】
表面処理のためのマイクロプラズマ発生部３４であるプラズマキャピラリ４０、ガス供給部６０、高周波電力供給部８０、及びシールガスシール噴出部３５であるシールガスノズル７４、シールガス供給部８６の内容を説明する前に、残る構成要素を先に説明する。搬送機構１２は、ボンディング対象８を、プラズマキャピラリ４０の処理領域である表面処理用ステージ１４に搬送してそこで位置決め固定し、表面処理を受けさせ、その後、ボンディングキャピラリ２４の処理領域であるボンディング用ステージ１６に移動搬送し、そこで位置決め固定してボンディング処理を受けさせる機能を有する。かかる搬送機構１２は、搬送物をクランプさせて移動させる機構等を用いることができる。
【００３３】
制御部９０は、搬送機構１２、ボンディング用のＸＹＺ駆動機構２０、表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０、ガス供給部６０、高周波電力供給部８０、シールガス供給部８６等と接続され、これらの要素に対し、ボンディング対象８に表面処理を行い、次いでボンディング処理を行わせる制御をする機能を有する電子回路装置である。かかる機能は、ソフトウェアで実現でき、具体的には、表面処理とボンディング処理とを連動して実行する手順を具体化したワイヤボンディングプログラムを実行することで実現できる。かかる機能の一部をハードウェアで実現してもよい。
【００３４】
図３を参照しながら、表面処理のためのマイクロプラズマ発生部３４及びシールガス噴出部３５の詳細な内容を説明する。図３はマイクロプラズマ発生部３４の全体構成を示す図である。マイクロプラズマ発生部３４は、上記のようにプラズマアーム３１の先端のプラズマキャピラリ４０、及びこれに接続されるガス供給部６０、高周波電力供給部８０、シールガス供給部８６を含んで構成され、シールガス噴出部３５はプラズマキャピラリ４０先端のシールガスノズル７４、シールガス供給部８６を含んで構成される。
【００３５】
プラズマキャピラリ４０は、絶縁体から構成される細い筒状部材の内部で表面処理用のマイクロプラズマを発生させ、これを先端部開口から噴出させてボンディング対象に照射するとともに、噴出したマイクロプラズマの周囲を取り囲んでマイクロプラズマを外気からシールするシールガスを噴出させる機能を有する部材である。プラズマを照射する面積は、先端部開口の大きさ等で限定され、きわめて狭い領域であるので、噴出するプラズマをマイクロプラズマと呼ぶことができる。プラズマキャピラリ４０は、絶縁体からなる筒状のプラズマキャピラリ本体４２と、プラズマキャピラリ本体４２が取り付けられている導電性材料からなるパイプ５８と、プラズマキャピラリ本体４２の外側に取り付けられた円筒状の外部電極５６と、一端がパイプ５８の内面に接し他の一端はプラズマキャピラリ本体４２の中心に配設された線状の内部電極５４と、プラズマキャピラリ本体４２の先端部の外周に取り付けられたシールガスノズル７４とを含んで構成される。
【００３６】
プラズマキャピラリ本体４２には、パイプ５８の上端のプラズマ用ガス供給口４４からマイクロプラズマの源となるガスが供給され、全体的な大きさは、ほぼボンディングキャピラリ２４と同じである。例えば、先端部４６の本体開口４８の直径が約０．０５ｍｍ程度で材質もボンディングキャピラリ２４と同様に、アルミナ等のセラミックを用いることができる。また、本体開口の直径は０．５から１．０ｍｍ程度までの太いものとすることもできる。
【００３７】
プラズマキャピラリ本体４２の外面の円筒状の外部電極は、ステンレス鋼などの金属材料を用いることができ、プラズマキャピラリ本体４２と密着していてもよいし、微小な隙間を持って取り付けられていてもよい。プラズマキャピラリ本体４２の中心軸上に配設された内部電極５４の一端は外部電極５６のキャピラリ先端側端面と略同一位置まで延びている。また、内部電極はプラズマ発生と安定化のために高融点貴金属が好適である。
【００３８】
プラズマキャピラリ本体４２の外側にはプラズマキャピラリ本体４２よりも内径の大きな円筒状のシールガスノズル７４がプラズマキャピラリ本体４２と同軸となるように取り付けられている。シールガスノズル７４の上端は閉止されてプラズマキャピラリ本体４２に固定されており、下端は開放端となっている。シールガスノズル７４はプラズマキャピラリ本体４２と二重管を構成して、プラズマキャピラリ本体４２との間にプラズマキャピラリ本体４２の長手軸方向に沿った環状流路を構成している。プラズマキャピラリ本体４２の下端の本体開口４２はシールガスノズル７４の下端の開口よりも突出しており、シールガスノズル７４の下端の開放端は環状開口７６となっている。シールガスノズル７４にはシールガスを供給するシールガス供給パイプ７２が固定されている。シールガスノズル７４はプラズマキャピラリ本体４２と同様にアルミナ等のセラミックスを用いることができる。シールガスノズル７４はプラズマキャピラリ本体４２の本体開口４８から噴出するマイクロプラズマを取り囲むようにシールガスを噴出させることができれば、上記のように円筒状である必要はなく四角形や六角形の角管でもよいし、外面が角型で円筒状の穴があいているような形状であってもよい。また、環状開口７６からのシールガス流の流速を高くしたい時には先端をノズル形状に絞っても好適である。
【００３９】
ガス供給部６０は、マイクロプラズマの源となるガスを供給する機能を有し、具体的には、表面処理用のガスをキャリアガスに混合するための混合ボックス６４と、各種ガス源と、これら及びプラズマキャピラリ４０を接続する各種配管とを含んで構成される。ここで各種ガス源は、表面処理用ガス源として、還元処理用の水素ガス源６８が、キャリアガス源としてアルゴンガス源７０がそれぞれ用いられる。
【００４０】
混合ボックス６４は、送られてきた還元ガスを、適当な混合比でキャリアガスに混合し、プラズマキャピラリ４０のプラズマ用ガス供給口４４に供給する機能を有する。混合ボックス６４の制御は、制御部９０の下で行われる。なお、消費するガスの量は微量であるので、各ガス源は、小型のガスボンベを用いることができる。勿論、外部ガス源から専用配管によって混合ボックス６４に接続するものとすることもできる。
【００４１】
表面処理用のガス源として、水素ガスを用いるときは、ボンディング対象の表面における酸化膜等を還元によって除去することができる。この他に、ボンディング対象によっては、フッ素系のエッチングガスを表面処理用のガス源として用いてもよい。
【００４２】
高周波電力供給部８０は、プラズマキャピラリ本体４２の外面に取り付けられた外部電極５６、マイクロプラズマの生成を持続するための高周波電力を供給する機能を有し、整合回路８２と高周波電源８４を含んで構成される。整合回路８２は、外部電極５６に高周波電力を供給するときの電力反射を抑制するための回路で、例えばＬＣ共振回路を構成する回路等が用いられる。高周波電源８４は、例えば１００ＭＨｚから５００ＭＨｚ等の周波数の電源を用いることができる。供給する電力の大きさは、ガス供給部６０から供給されるガスの種類、流量、マイクロプラズマの安定性等を考慮して決定される。高周波電源８４の制御は、制御部９０の下で行われる。
【００４３】
シールガス供給部８６は、シールガスノズルの先端から噴出させるシールガスの源となるガスを供給する機能を有し、具体的には、シールガス源と、これら及びプラズマキャピラリ４０を接続する各種配管とを含んで構成される。ここでシールガスは、ボンディングパッド、又はボンディングリード表面を酸化させたり電気的接合、機械的接合度を低下させるような表面劣化を生じさせたりすることが無いように、不活性ガスまたは窒素であって、シールガスはプラズマ化したガスと接触することから、プラズマ発生源として供給されるガスよりも化学的な活性が同等あるいはそれよりも化学的活性が低いガスが用いられる。従ってプラズマ発生用のキャリアガス源としてアルゴンガスが用いられる場合には、アルゴンガスあるいはこれよりも活性の低いヘリウム、ネオンガスを用いる。本実施形態ではプラズマ発生用のキャリアガスにアルゴンガスを用いているので、シールガス源もアルゴンガス源８８としている。なお、プラズマ発生用のキャリアガス源として窒素ガスが用いられる場合には、シールガス源として窒素ガス源を用いてもよい。
【００４４】
供給ボックス８９は、送られてきたシールガスをプラズマキャピラリ４０のシールガス供給パイプ７２に供給する機能を有する。供給ボックス８９の制御は、制御部９０の下で行われる。なお、消費するガスの量は微量であるので、シールガス源は、小型のガスボンベを用いることができる。勿論、外部ガス源から専用配管によって供給ボックス８９に接続するものとすることもできる。
【００４５】
図４は、マイクロプラズマ発生部３４及びシールガス噴出部３５の作用として、プラズマキャピラリ４０の内部で生成されるマイクロプラズマ３００とシールガスノズル７４の先端の環状開口７６から噴出するシールガスが半導体チップ６のボンディングパッド５に照射される様子を示す図である。マイクロプラズマ３００を生成するには、次の手順が行われる。最初にガス供給部６０を制御し、適当な流量のガスをプラズマキャピラリ４０のプラズマ用ガス供給口４４に供給する。供給されたガスは、先端部の開口４８から外部に流れる。ついで、高周波電力供給部８０を制御し、適当な高周波電力を外部電極５６に供給する。これらの適当な条件は予め実験で求めておくことができる。そして、供給されたガスの条件と、高周波電力の条件が適当であると、流れているガスに高周波電力によるマイクロプラズマ３００が生成される。供給されるガスがプラズマ化するプラズマ領域５２は、おおよそ外部電極５６の配置された位置から、ガスの下流側である。生成されたマイクロプラズマ３００は、プラズマキャピラリ４０先端の本体開口４８から噴出し、広がりながらボンディングパッド５に向かって流れていく。
【００４６】
一方、シールガス流の生成は、最初にシールガス供給部８６を制御し、適当な流量のガスをプラズマキャピラリ４０のシールガス供給パイプに７２に供給する。供給されたシールガスは、シールガスノズル７４の中の円環状の流路を流れて先端の環状開口７６から円環状のシールガス流４００として噴出する。噴出したシールガス流４００は、円環状の断面の外径が広がり、内径が小さくなるようにその流路幅を広げながらボンディングパッド５に向かって流れていく。そしてプラズマキャピラリ４２の本体開口４８とボンディングパッド５との間でマイクロプラズマ３００の外周部に接し、マイクロプラズマ３００の周囲をシールガス流４００が取り囲むような一体の流れとなって、ボンディングパッド５に到達する。図４の下のグラフに示すように、この一体のガス流の中心部は外からシールガスが入ってこないのでプラズマ密度が高く、周辺部はシールガス流４００とマイクロプラズマ３００が混合してプラズマ密度が次第に低くなり、外気と触れる外周面はシールガスのみが流れている。このようにマイクロプラズマ３００の周りをシールガス流が取り囲むことにより、マイクロプラズマ３００に外気中の酸素分やコンタミネーションが混入することを防止している。そして、ボンディングパッド５にはプラズマ密度の高い中心部が当たり表面の酸化膜等の除去処理が行われる。
【００４７】
本実施形態では、本体開口４８の直径が０．０５ｍｍ程度であるので、ボンディング対象物までの距離を適当に取ることで、ボンディングパッド及びボンディングリードの狭い領域のみにプラズマ密度の高い部分を照射することができる。また、マイクロプラズマ３００、シールガス流４００を噴出させたままでも、ボンディング対象から遠く離せば、マイクロプラズマ３００、シールガス流４００はボンディング対象物に作用を及ぼさない。したがって、プラズマキャピラリ４０の上下によって、ボンディング対象に対するマイクロプラズマ３００の作用を制御できる。図５は、その様子を示す図で、ここでは、ボンディング対象８が、回路基板７に搭載された半導体チップ６として示される。そして、表面処理用ＸＹＺ駆動機構３０を適当に制御することでプラズマキャピラリ４０の位置を移動させ、半導体チップ６のボンディングパッド５と、回路基板７のボンディングリード４との位置において、プラズマキャピラリ４０からそれぞれマイクロプラズマ３００、シールガス流４００が照射される様子が示される。また、本体開口４８の直径が０．５から１．０ｍｍ程度までの太いものを用いる場合には、ボンディング対象物までの距離を適当に取ることで、複数のボンディングパッド、ボンディングリードにマイクロプラズマ３００、シールガス流４００を照射することもできる。
【００４８】
上記構成のワイヤボンディング装置１０の動作について図６を用いて説明する。図６は、表面処理とボンディング処理とを連動して行わせる手順を示す工程図である。ワイヤボンディングを行うには、ワイヤボンディング装置１０を起動させ、搬送機構１２によってボンディング対象８を表面処理用ステージ１４に搬送し、位置決めする（表面処理位置決め工程）。
【００４９】
そして、制御部９０の指令により、マイクロプラズマ発生部３４の起動が行われ、プラズマキャピラリ４０においてマイクロプラズマ３００が生成される。ガス種は、キャリアガスのみとし、まだ表面処理用ガスを混合しなくてもよい。このときは、プラズマキャピラリ４０はボンディング対象８より遠く離れており、マイクロプラズマ３００は何も作用しない（マイクロプラズマ生成工程）。
【００５０】
次にワイヤボンディングプログラムを起動させると、表面処理用ステージ１４においてボンディング用ステージ１６におけるのと同様な位置決めがなされ、最初のボンディングパッド５の真上における高い位置にプラズマキャピラリ４０が移動する（ボンディングパッド位置決め工程）。そして、制御部９０の指令により、還元性ガス、すなわち水素をキャリアガスに混合し、マイクロプラズマを還元性のマイクロプラズマ３０１とする（マイクロプラズマ設定工程）。
【００５１】
次に制御部９０の指令により、シールガス流４００がプラズマキャピラリ４０のシールガスノズル先端の環状開口７６から噴出される（シールガス設定工程）。
【００５２】
ワイヤボンディングプログラムは、次にボンディングパッド５に向けてプラズマキャピラリ４０を下降させる。ここで予め、プラズマキャピラリ４０の先端位置を、ボンディングキャピラリの先端位置よりも還元性マイクロプラズマ３０１及びシールガス流４００の作用高さ分オフセットさせておく。このことで、ワイヤボンディングプログラムがファーストボンディングする処理を行うとき、プラズマキャピラリ４０の先端は、ちょうどそのボンディングパッド５の上で、還元性マイクロプラズマ３０１とシールガス流４００との一体ガス流がそのボンディングパッド５を最適に照射し外気をシールする高さで止まる。そこで、還元性マイクロプラズマ３０１とシールガス流４００との一体ガス流が、外気からシールされた雰囲気の中でボンディングパッド５の表面の薄い酸化膜を除去し、清浄表面とする（ボンディングパッド表面処理工程）。その様子を図６（ａ）に示す。
【００５３】
次に、ワイヤボンディングプログラムは、プラズマキャピラリ４０を上方に引き上げ、ボンディングリード４の真上に移動させる（ボンディングリード位置決め工程）。
【００５４】
ワイヤボンディングプログラムは、次にボンディングリード４に向けてプラズマキャピラリ４０を下降させる。そして、プラズマキャピラリ４０の先端は、ちょうどそのボンディングリード４上で、還元性マイクロプラズマ３０１とシールガス流４００との一体ガス流がそのボンディングリード４を最適に照射し外気をシールする高さで止まる。そこで、還元性マイクロプラズマ３０１とシールガス流４００との一体ガス流が、外気からシールされた雰囲気の中でボンディングリード４の表面の汚染や異物を除去し、清浄表面とする（ボンディングリード表面処理工程）。その様子を図６（ｂ）に示す。
【００５５】
以下、ワイヤボンディングプログラムが進展するのにあわせ、制御部９０がマイクロプラズマ発生部３４を制御して、順次、各ボンディングパッド５とボンディングリード４の表面処理が進められる。そして、ワイヤボンディングプログラムが終了するときには、ボンディング対象８の全部のボンディングパッド５と、全部のボンディングリード４とが、表面処理されている（表面処理終了工程）。
【００５６】
つぎに、制御部９０の指令により、搬送機構１２は、表面処理が終了したボンディング対象８を、ボンディング用ステージ１６に搬送させ、位置決めさせる（ボンディング処理位置決め工程）。そして、ワイヤボンディングプログラムを起動させ、周知のように、ボンディングパッド５においてファーストボンディングを行い、ついでボンディングリード４においてセカンドボンディングを行う。その様子を図６（ｃ），（ｄ）に示す。このとき、ボンディングパッド５、ボンディングリード４は外気からシールされた状態で表面処理されており、再酸化、再汚染が低減された状態が保持されているので、ボンディング処理をより安定的に行うことができる。このようにしてボンディング処理が行われた様子を図６（ｅ）に示す。これを繰り返し、ワイヤボンディングプログラムが終了するときには、ボンディング対象８の全部のボンディングパッド５と、全部のボンディングリード４とに関するボンディング処理が終了する（ボンディング処理終了工程）。
【００５７】
なお、上記において、ボンディングパッド５、ボンディングリード４の表面処理を還元性マイクロプラズマ３０１による薄い酸化膜や汚染や異物の除去、として説明したが、ボンディング対象８の性質によって、別の表面処理を行ってもよい。このようなガス種やプラズマ強度等の設定は、制御部９０への入力として、ユーザが選択できるものとすることができる。
【００５８】
以上説明した本実施形態は、マイクロプラズマ３００の周囲をシールガス流４００が取り囲むような一体の流れとなって、ボンディング対象であるボンディングパッド５、ボンディングリード４に到達し、マイクロプラズマ３００に外気中の酸素分やコンタミネーションが混入することを防止すると共に、プラズマ密度の高い中心部によってボンディング対象であるボンディングパッド５、ボンディングリード４の表面の薄い酸化膜や汚染や異物などの除去処理が行われる。このため、マイクロプラズマによる表面処理におけるボンディング対象の再酸化、再汚染を低減することができ、マイクロプラズマによるボンディング対象に対する効果的な表面処理を可能にすることができる。更に、この効果的な表面処理によってボンディング処理をより安定的に行うことができるという効果を奏する。
【００５９】
また、本実施形態は、ボンディング処理部とともに、プラズマキャピラリ４０の先端部の本体開口４８からマイクロプラズマ３００を噴出させるマイクロプラズマ発生部３４と先端の環状開口７６から噴出させたシールガス流４００を噴出させるシールガス噴出部３５とを備える。したがって、１台のボンディング装置で、ボンディング対象に対し小さい領域にマイクロプラズマ３００とシールガス流４００とを照射して熱損傷、再酸化、再汚染の少ない表面処理を行う機能と、ボンディング処理機能とを備えることができ、ボンディング対象に対する効果的な表面処理とボンディング処理とを効率的に行うことが可能となるという効果を奏する。
【００６０】
また、本実施形態では、ボンディングキャピラリ２４を有するボンディングアーム２１の動作と、プラズマキャピラリ４０を有するプラズマアーム３１の動作とを、連動して制御するので、ボンディング処理との関係で効率的な表面処理を行うことが可能となる。ここで連動とは、バッチ処理ではなく同時並行的に動作することを意味しているが、同期的に動作すること、同期的ではないがほぼ同時期に順次的に動作すること等を含む。
【００６１】
また、同種類のボンディング対象をＡ、Ｂとして、その同じ部位、例えば同じボンディングパッド５について、ボンディング処理部はボンディング用ステージ１６においてボンディング処理を行い、プラズマ処理部は、表面処理用ステージ１４において表面処理を行うこととしたので、同時並行的にボンディング処理と表面処理とを行うことが可能となる。例えば、同様なシーケンスソフトウェアによって、ボンディング処理と表面処理とを実行させることができる。
【実施例２】
【００６２】
図３で説明したマイクロプラズマ発生部３４及びシールガス噴出部３５とを、バンプボンディング装置に適用することができる。バンプボンディング装置とは、フリップチップ技術において、金バンプを形成するための装置である。すなわち、チップのボンディングパッドにワイヤボンディングの原理を用いて、金ワイヤをボンディングし、それを金バンプとするもので、いわば、通常のワイヤボンディング処理においてセカンドボンディングを省略したものに相当する。したがって、図１のワイヤボンディング装置１０において、搬送機構１２によって搬送されるボンディング対象８を、完成ＬＳＩが配列された完成ウェーハとしたものに相当する。
【００６３】
ボンディング対象８を完成ウェーハとするときは、表面処理用ステージ１４において、複数の完成ＬＳＩについてそれぞれのボンディングパッド５を表面処理する。そして、１枚の完成ウェーハについて全部のボンディングパッドの表面処理が終了すれば、ボンディング用ステージ１６に搬送される。そしてそこで、複数の完成ＬＳＩについてそれぞれのボンディングパッド５についてバンプが形成される。この場合においても、図６に関連して説明したように、ボンディング用ＸＹＺ駆動機構２０に用いられるバンプボンディングプログラムを、表面処理用ＸＹＺ駆動機構３０に同様に適用して、処理を共通化できる。
【００６４】
搬送機構１２を除き、他の構成要素の内容を図１のワイヤボンディング装置１０と同様にして構成されるバンプボンディング装置の動作を図７の工程図を用いて説明する。表面処理は、表面処理用ステージ１４において、プラズマキャピラリ４０を用いて行われる。制御部９０の指令によって、還元性ガス、すなわち水素をキャリアガスに混合し、マイクロプラズマを還元性のマイクロプラズマ３０１とする。
【００６５】
そして、バンプボンディングプログラムを表面処理用ＸＹＺ駆動機構３０に適用することで、最初のＬＳＩの位置においてその最初のボンディングパッド５の真上にプラズマキャピラリ４０が来て、ついで、プラズマキャピラリ４０が下降し、ちょうどプラズマキャピラリ４０の先端は、ちょうどそのボンディングパッド５の上で、還元性マイクロプラズマ３０１とシールガス流４００との一体ガス流がそのボンディングパッド５を最適に照射し外気をシールする高さで止まる。そこで、還元性マイクロプラズマ３０１とシールガス流４００との一体ガス流が、外気からシールされた雰囲気の中でボンディングパッド５の表面の薄い酸化膜を除去し、清浄表面とする（ボンディングパッド表面処理工程）。その様子を図７（ａ）に示す。この工程は、図６（ａ）に関連して説明した内容と同じである。
【００６６】
以下、バンプボンディングプログラムが進展するのにあわせ、順次各ＬＳＩの位置においてそれぞれのボンディングパッド５を表面処理する。そして、ワイヤボンディングプログラムが終了するときには、ボンディング対象８の全部のボンディングパッド５が、表面処理されている（表面処理終了工程）。
【００６７】
つぎに、制御部９０の指令により、搬送機構１２は、表面処理が終了した完成ウェーハを、ボンディング用ステージ１６に搬送させ、位置決めさせる（ボンディング処理位置決め工程）。そして、バンプボンディングプログラムを起動させ、最初のＬＳＩの位置において、その最初のボンディングパッド５において、金ワイヤをボンディングし、金バンプを形成する。その様子を図７（ｂ）に示す。このとき、ボンディングパッド５は外気からシールされた状態で表面処理されており、再酸化、再汚染が低減された状態が保持されているので、ボンディング処理をより安定的に行うことができる。このようにしてボンディング処理が終了し、金バンプ３が形成された様子を図７（ｃ）に示す。これを繰り返し、１枚のウェーハについて全部のＬＳＩにおける全部のボンディングパッド５について金バンプ３が形成される。
【００６８】
以上説明した本実施形態も先に説明した実施形態と同様に、マイクロプラズマによる表面処理におけるボンディング対象の再酸化、再汚染を低減することができ、マイクロプラズマによるボンディング対象に対する効果的な表面処理を可能にすることができるという効果を奏する。
【実施例３】
【００６９】
図３で説明したマイクロプラズマ発生部３４及びシールガス噴出部３５とを、フリップチップボンディング装置に適用することができる。フリップチップボンディング装置は、図７で説明したようにバンプが形成されたチップを、回路基板にフェースダウンする装置である。したがって、この場合には、接続されるのは、半導体チップ６のバンプ３と、ボンディングリード４である。そして、フェースダウンするためにチップは反転され、またフェースダウンボンディングのためのボンディングツールは、ボンディングキャピラリではなくて、フェースダウンされたチップを保持するコレットとなる。このように、フリップチップボンディング装置の具体的構成は、かなり図１のワイヤボンディング装置と異なる。
【００７０】
フリップチップボンディング装置においてマイクロプラズマ発生部３４を適用する局面は、チップを反転してコレットで保持する前に、チップのバンプ３について表面処理するときと、コレットでフェースダウンボンディングする前にボンディングリード４について表面処理するときである。
【００７１】
図８に、フリップチップボンディング装置においてマイクロプラズマ発生部３４を適用する場合の手順を示す。最初に、半導体チップ６のボンディングパッド５上のバンプ３について、プラズマキャピラリ４０から還元性マイクロプラズマ３０１及びシールガス流４００を照射する。その様子を図８（ａ）に示す。そして、表面処理が終了した半導体チップ６は反転され、コレット２６によってフェースダウン状態で保持される。フェースダウン状態とは、バンプ３が下向きであることである。コレット２６の半導体チップ６の保持は、真空吸引で行うことができる。その様子を図８（ｂ）に示す。
【００７２】
そして、次に回路基板のボンディングリード４について上記と同様に表面処理が行なわれる。その様子を図８（ｃ）に示す。そして、フェースダウンで保持された半導体チップ６を、このボンディングリード４に対し位置決めし、フェースダウンボンディングする。その様子を図８（ｄ）に示す。ボンディングリード４に半導体チップ６のバンプ３が接合された様子を図８（ｅ）に示す。
【００７３】
以上説明した本実施形態も先に説明した実施形態と同様に、マイクロプラズマによる表面処理におけるボンディング対象の再酸化、再汚染を低減することができ、マイクロプラズマによるボンディング対象に対する効果的な表面処理を可能にすることができるという効果を奏する。
【実施例４】
【００７４】
図９に他の実施形態のプラズマキャピラリ４０を示す。図３，４に示したプラズマキャピラリの実施形態と同様部分には同様の符号を付して説明は省略する。図９に示すように、この実施施形態は、プラズマキャピラリ４０は、プラズマ発生用の外部及び内部電極５６，５４とシールガスノズル７４とがガスの流れ方向に沿って並列に配置されたものである。図９に示すように、シールガスノズル７４の上端は外部電極５６とパイプ５８との間のプラズマキャピラリ本体４２に固定されており、プラズマキャピラリ本体４２の外面に取り付けられた外部電極５６の外側に円筒上のシールガスノズル７４が形成されている。外部電極５６への給電線はシールガスノズル７４を貫通している。このため、シールガスノズル７４とプラズマキャピラリ本体４２との間の環状流路の中に外部電極５６が入ることとなって全体の長さが短くなる。また、外部及び内部電極５６，５４の下端と本体開口４８との距離が短くなるので、本体開口４８におけるプラズマ強度を高く保つことができる。本実施形態において、環状開口７６からのシールガス流４００の流速を高くしたい時には先端をノズル形状に絞っても好適である。
【００７５】
本実施形態のプラズマキャピラリ４０を用いたボンディング装置１０の動作、及び効果は上記の各実施形態と同様である。
【実施例５】
【００７６】
図１０に他の実施形態のマイクロプラズマ発生部３４及びシールガス噴出部３５を示す。マイクロプラズマ発生部３４は、図３，４に示した実施形態と同様にプラズマアーム３１の先端のプラズマキャピラリ４０、及びこれに接続されるガス供給部６０、高周波電力供給部８０を含んで構成され、シールガス噴出部３５はプラズマキャピラリ４０先端のシールガスノズル７４、シールガス供給部８６を含んで構成される。以下、図３，４と同様の部分には同様の記号を付して説明は省略する。
【００７７】
図１０に示すように、プラズマキャピラリ４０は、絶縁体からなる筒状のプラズマキャピラリ本体４２と、その外周に巻回される高周波コイル５０と、プラズマキャピラリ本体４２の先端部４６の外周に取り付けられたシールガスノズル７４とを含んで構成される。
【００７８】
プラズマキャピラリ本体４２は、マイクロプラズマの源となるガスが供給されるプラズマ用ガス供給口４４を有し、高周波コイル５０が巻回される部分を除けばほぼボンディングキャピラリ２４と同じ寸法、同じ形状を有する。寸法の一例を上げると、長さが約１１ｍｍ、太い部分の直径が約１．６ｍｍ、プラズマ用ガス供給口４４のガス供給側の直径が約０．８ｍｍ、先端部の開口４８の直径が約０．０５ｍｍである。材質もボンディングキャピラリ２４と同様に、アルミナ等のセラミックを用いることができる。
【００７９】
プラズマキャピラリ本体４２に巻回される高周波コイル５０は、巻数が数ターンの導線である。なお、図１０には図示されていなが、プラズマ点火用の点火装置が高周波コイルの近傍に配置される。
【００８０】
高周波電力供給部８０は、プラズマキャピラリ４０に、巻回された高周波コイル５０に、マイクロプラズマの生成を持続するための高周波電力を供給する機能を有し、整合回路８２と高周波電源８４を含んで構成される。整合回路８２は、高周波コイル５０に高周波電力を供給するときの電力反射を抑制するための回路で、例えば高周波コイル５０との間でＬＣ共振回路を構成する回路が用いられる。高周波電源８４は、例えば１３．５６ＭＨｚ，１００ＭＨｚ，４５０ＭＨｚ等の周波数の電源を用いることができる。供給する電力の大きさは、ガス供給部６０から供給されるガスの流量、マイクロプラズマの安定性等を考慮して決定される。高周波電源８４の制御は、制御部９０の下で行われる。ガス供給部６０、シールガス供給部８６は図３，４にて説明した実施形態と同様である。
【００８１】
図１１は、マイクロプラズマ発生部３４及びシールガス噴出部３５の作用として、プラズマキャピラリ４０の内部で生成されるマイクロプラズマ３００とシールガスノズル７４の先端の環状開口７６から噴出するシールガスが半導体チップ６のボンディングパッド５に照射される様子を示す図である。マイクロプラズマ３００を生成するには、次の手順が行われる。最初にガス供給部６０を制御し、適当な流量のガスをプラズマキャピラリ４０のプラズマ用ガス供給口４４に供給する。供給されたガスは、先端部の開口４８から外部に流れる。ついで、高周波電力供給部８０を制御し、適当な高周波電力を高周波コイル５０に供給する。これらの適当な条件は予め実験で求めておくことができる。そして、供給されたガスの条件と、高周波電力の条件が適当であると、流れているガスに高周波電力によるマイクロプラズマ３００が生成される。供給されるガスがプラズマ化するプラズマ領域５２は、おおよそ高周波コイル５０の配置された位置から、ガスの下流側である。生成されたマイクロプラズマ３００は、プラズマキャピラリ４０の本体開口４８から噴出し、広がりながらボンディングパッド５に向かって流れていく。
【００８２】
一方、シールガス流の生成は、最初にシールガス供給部８６を制御し、適当な流量のガスをプラズマキャピラリ４０のシールガス供給パイプに７２に供給する。供給されたシールガスは、シールガスノズル７４の中の円環状の流路を流れて先端の環状開口７６から円環状のシールガス流４００として噴出する。噴出したシールガス流４００は、円環状の断面の外径が広がり、内径が小さくなるようにその流路幅を広げながらボンディングパッド５に向かって流れていく。そしてプラズマキャピラリ４２の本体開口４８とボンディングパッド５との間でマイクロプラズマ３００の外周部に接し、マイクロプラズマ３００の周囲をシールガス流４００が取り囲むような一体の流れとなって、ボンディングパッド５に到達する。図１１の下のグラフに示すように、この一体のガス流は、中心部にはシールガスが入ってこないのでプラズマ密度が高く、周辺はシールガス流４００とマイクロプラズマ３００が混合してプラズマ密度が次第に低くなり、外周面はシールガスのみが流れている。このような流れとなることによって、マイクロプラズマ３００に外気中の酸素分やコンタミネーションが混入することを防止している。そして、ボンディングパッド５にはプラズマ密度の高い中心部が当たり表面の酸化膜等の除去処理が行われる。
【００８３】
本実施形態のプラズマキャピラリ４０を用いたボンディング装置１０の動作は、及び効果は上記の各実施形態と同様である。
【実施例６】
【００８４】
図１２に図１１に示したプラズマキャピラリ４０の他の実施形態を示す。図１１に示したプラズマキャピラリの実施形態と同様部分には同様の符号を付して説明は省略する。図１２に示すように、この実施施形態は、プラズマキャピラリ４０は、プラズマ発生用の高周波コイル５０とシールガスノズル７４とがガスの流れ方向に沿って並列に配置されたものである。図１２に示すように、シールガスノズル７４は高周波コイル５０のガス上流側のプラズマキャピラリ本体４２に固定されており、プラズマキャピラリ本体４２の外面に取り付けられた高周波コイル５０の外側に円筒上のシールガスノズル７４が形成されている。高周波コイル５０への給電線はシールガスノズル７４を貫通している。このため、シールガスノズル７４とプラズマキャピラリ本体４２との間の環状流路の中に高周波コイル５０が入ることとなって全体の長さが短くなる。また、高周波コイル５０下端と本体開口４８との距離が短くなるので、本体開口４８におけるプラズマ強度を高く保つことができる。本実施形態において、環状開口７６からのシールガス流４００の流速を高くしたい時には先端をノズル形状に絞っても好適である。
【００８５】
本実施形態のプラズマキャピラリ４０を用いたボンディング装置１０の動作、及び効果は上記の各実施形態と同様である。
【実施例７】
【００８６】
図１３は、表面処理とボンディング処理とを行うことができるワイヤボンディング装置２００の他の実施形態の構成図である。図１に示したワイヤボンディング装置１０と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。なお、ワイヤボンディング装置２００の構成要素ではないが、ボンディング対象８として基板に搭載されたチップが図示されている。ワイヤボンディング装置２００は、ボンディング対象８に対し、ボンディングを行う狭い領域、具体的にはチップのボンディングパッドと基板のボンディングリードに、ボンディング処理前の表面処理をプラズマ化したガスの作用により行い、その後にボンディング処理を行う機能を有するワイヤボンディング装置である。
【００８７】
より具体的には、ボンディングパッド及びボンディングリードに対する表面処理として、その表面の酸化膜や汚染や異物等を除去処理し、その後にボンディングワイヤと同じ材料を堆積させる処理を行う。そしてその表面について除去・堆積処理のされたボンディングパッド及びボンディングリードにボンディングワイヤを接続処理する機能を有する。ボンディングワイヤとしては金やアルミニウム等の細線を用いることができる。
【００８８】
ワイヤボンディング装置２００は、図１に示したワイヤボンディング装置１０に、更にプラズマキャピラリ４０に挿通されるボンディングワイヤの位置を変更する位置変更部２０６を含んで構成され、位置変更部２０６は制御部９０に接続されている。
【００８９】
図１４は位置変更部２０６を含む表面処理に関する要素を抜き出して示す図である。表面処理に関係する要素は、プラズマキャピラリ４０の内部で表面処理用のマイクロプラズマを発生させ、これを先端部開口から噴出させてボンディング対象に照射するマイクロプラズマ発生部３４と、噴出したマイクロプラズマの周囲を取り囲んでマイクロプラズマを外気からシールするシールガスを噴出させるためのシールガス噴出部３５と、マイクロプラズマが生成されるプラズマ領域とボンディングワイヤ２の先端位置との関係を変更する位置変更部２０６とに大別される。
【００９０】
位置変更部２０６は、ボンディングワイヤ２を供給するスプール２０８、ボンディングワイヤ２の動きをクランプ又は解放するクランパ２１０、スプール２０８の回転、クランパ２１０の開閉等を行うワイヤ位置駆動部２１２を含んで構成される。ワイヤ位置駆動部２１２の動作指令は制御部９０の制御の下で行われ、これによってスプール２０８の正逆回転の方向、回転量、クランパ２１０の開閉のタイミング等が制御され、ボンディングワイヤ２の先端位置をプラズマキャピラリ４０の中で上下させることができる。
【００９１】
マイクロプラズマ発生部３４は図１０で説明した、プラズマキャピラリ本体４２の先端付近の外面にプラズマ発生用の高周波コイル５０取り付けたものと同様である。また、シールガス噴出部３５も図１０で説明したものと同様である。
【００９２】
図１５，１６は、マイクロプラズマ発生部３４及びシールガス噴出部３５の作用として、プラズマキャピラリ４０の内部で生成されるマイクロプラズマ３０１，３０３とシールガスノズル７４の先端の環状開口７６から噴出するシールガスが半導体チップ６のボンディングパッド５に照射される様子を示す図である。ここで、図１５は表面の酸化膜等の除去処理における還元性マイクロプラズマ３０１の生成の様子、図１６は堆積処理におけるスパッタされたボンディングワイヤ２の材料の微粒子、例えばスパッタされた金の微粒子を含むマイクロプラズマ３０３の生成の様子を示す。
【００９３】
還元性マイクロプラズマ３０１を生成するには、次の手順が行われる。最初にガス供給部６０を制御し、適当な流量のキャリアガスと還元性ガスをプラズマキャピラリ４０のプラズマ用ガス供給口４４に供給する。供給されたガスは、先端部の開口４８から外部に流れる。ついで、高周波電力供給部８０を制御し、適当な高周波電力を高周波コイル５０に供給する。これらの適当な条件は予め実験で求めておくことができる。そして、供給されたガスの条件と、高周波電力の条件が適当であると、流れているガスに高周波電力による還元性マイクロプラズマ３０１が生成される。供給されるガスがプラズマ化するプラズマ領域５２は、おおよそ高周波コイル５０の配置された位置から、ガスの下流側である。生成された還元性マイクロプラズマ３０１は、プラズマキャピラリ４０の本体開口４８から噴出し、広がりながらボンディングパッド５に向かって流れていく。
【００９４】
一方、シールガス流の生成は、最初にシールガス供給部８６を制御し、適当な流量のガスをプラズマキャピラリ４０のシールガス供給パイプに７２に供給する。供給されたシールガスは、シールガスノズル７４の中の円環状の流路を流れて先端の環状開口７６から円環状のシールガス流４００として噴出する。噴出したシールガス流４００は、円環状の断面の外径が広がり、内径が小さくなるようにその流路幅を広げながらボンディングパッド５に向かって流れていく。そしてプラズマキャピラリ４２の本体開口４８とボンディングパッド５との間で還元性マイクロプラズマ３０１の外周部に接し、還元性マイクロプラズマ３０１の周囲をシールガス流４００が取り囲むような一体の流れとなって、ボンディングパッド５に到達する。図１５の下のグラフに示すように、この一体のガス流は、中心部にはシールガスが入ってこないのでプラズマ密度が高く、周辺はシールガス流４００と還元性マイクロプラズマ３０１が混合してプラズマ密度が次第に低くなり、外周面はシールガスのみが流れている。このような流れとなることによって、還元性マイクロプラズマ３０１に外気中の酸素分やコンタミネーションが混入することを防止している。そして、ボンディングパッド５にはプラズマ密度の高い中心部が当たり表面の酸化膜等の除去処理が行われる。
【００９５】
一方、堆積処理を行うときは、図１６に示すように、ボンディングワイヤ２は、位置変更部２０６によって、プラズマ領域５２の中にその先端が位置するように、プラズマキャピラリ４０の内部に挿入される。また、例えばボンディングワイヤ２が金線であるとすると、還元性マイクロプラズマ３０１により、プラズマ領域５２においてボンディングワイヤ２の材料が微粒子化し、そのスパッタされた金の微粒子を含むマイクロプラズマ３０３が先端部の本体開口４８から噴出し、ボンディング対象の表面にボンディングワイヤ２と同じ材料の金が堆積する。この際、表面の酸化物等の除去処理の場合と同様に、表面のシールガス流４００が環状開口７６から噴出し、堆積した金が外気中の酸素分によって酸化されたり、外気中のコンタミネーションが混入して一緒に堆積されたりしないようにする。
【００９６】
上記構成のワイヤボンディング装置１００の動作について図１７を用いて説明する。図１７は、表面の除去処理と堆積処理を含む表面処理と、ボンディング処理とを連動して行わせる手順を示す工程図である。ワイヤボンディングを行うには、ワイヤボンディング装置１００を起動させ、搬送機構１２によってボンディング対象８を表面処理用ステージ１４に搬送し、位置決めする（表面処理位置決め工程）。
【００９７】
そして、制御部９０の指令により、マイクロプラズマ発生部３４の起動が行われ、プラズマキャピラリ４０においてマイクロプラズマが生成される。これに先立ち、ボンディングワイヤ２は、位置変更部２０６の機能により、プラズマキャピラリ４０の内部で十分高い位置に引き上げられている。ガス種は、キャリアガスのみとし、まだ表面処理用ガスを混合しなくてもよい。このときは、プラズマキャピラリ４０はボンディング対象８より遠く離れており、マイクロプラズマは何も作用しない（マイクロプラズマ生成工程）。
【００９８】
次にワイヤボンディングプログラムを起動させると、表面処理用ステージ１４においてボンディング用ステージ１６におけるのと同様な位置決めがなされ、最初のボンディングパッド５の真上における高い位置にプラズマキャピラリ４０が移動する（ボンディングパッド位置決め工程）。そして、制御部９０の指令により、ガス種を還元性ガス、すなわち水素とし、これをキャリアガスに混合し、マイクロプラズマを還元性マイクロプラズマ３０１とする（マイクロプラズマ設定工程）。
【００９９】
ワイヤボンディングプログラムは、次にボンディングパッド５に向けてプラズマキャピラリ４０を下降させる。ここで予め、プラズマキャピラリ４０の先端位置を、ボンディングキャピラリの先端位置よりも還元性マイクロプラズマ３０１及びシールガス流４００の作用高さ分オフセットさせておく。このことで、ワイヤボンディングプログラムがファーストボンディングする処理を行うとき、プラズマキャピラリ４０の先端は、ちょうどそのボンディングパッド５の上で、還元性マイクロプラズマ３０１とシールガス流４００との一体ガス流がそのボンディングパッド５を最適に照射し外気をシールする高さで止まる。そこで、還元性マイクロプラズマ３０１とシールガス流４００との一体ガス流が、外気からシールされた雰囲気の中でボンディングパッド５の表面の薄い酸化膜を除去し、清浄表面とする（ボンディングパッド表面処理工程）。その様子を図１７（ａ）に示す。
【０１００】
ついで、制御部９０が位置変更部２０６に指示を与え、ボンディングワイヤ２の先端がプラズマキャピラリ４０のプラズマ領域５２の中に挿入されるように、ボンディングワイヤ２の先端位置を変更させる。ボンディングワイヤ２が金の細線であるとして、マイクロプラズマは還元雰囲気であるので、ここでプラズマ領域５２に挿入されたボンディングワイヤ２の部分は還元性マイクロプラズマ３０１の作用を受け、微粒子化する。そしてスパッタされた金の微粒子を含むマイクロプラズマ３０３がボンディングパッド５に向けて照射され、これにより、ボンディングパッド５の清浄表面上に、ボンディングワイヤ２と同じ材料が堆積し、金薄膜が形成される。この際マイクロプラズマ３０３の周囲はシールガス流４００によって外気からシールされている（ボンディングパッド表面堆積処理工程）。その様子を図１７（ｂ）に示す。
【０１０１】
次に、ワイヤボンディングプログラムは、プラズマキャピラリ４０を上方に引き上げ、ボンディングリード４の真上に移動させる（ボンディングリード位置決め工程）。これに先立ち、制御部９０が位置変更部２０６に指示を与え、ボンディングワイヤ２の先端がプラズマキャピラリ４０のプラズマ領域５２の外になるように、ボンディングワイヤ２の先端位置を変更させる。
【０１０２】
ワイヤボンディングプログラムは、次にボンディングリード４に向けてプラズマキャピラリ４０を下降させる。そして、プラズマキャピラリ４０の先端は、プラズマキャピラリ４０の先端は、ちょうどそのボンディングパッド５の上で、還元性マイクロプラズマ３０１とシールガス流４００との一体ガス流がそのボンディングパッド５を最適に照射し外気をシールする高さで止まる。そこで、還元性マイクロプラズマ３０１とシールガス流４００との一体ガス流が、外気からシールされた雰囲気の中でボンディングリード４の表面の汚染や異物等を除去し、清浄表面とする（ボンディングリード表面除去処理工程）。その様子を図１７（ｃ）に示す。
【０１０３】
ついで、制御部９０が位置変更部２０６に指示を与え、ボンディングワイヤ２の先端がプラズマキャピラリ４０のプラズマ領域５２の中に挿入されるように、ボンディングワイヤ２の先端位置を変更させる。マイクロプラズマは還元雰囲気であるので、ここでプラズマ領域５２に挿入されたボンディングワイヤ２の部分は還元性マイクロプラズマ３０１の作用を受け、微粒子化する。そしてスパッタされた金の微粒子を含むマイクロプラズマ３０３がボンディングリード４に向けて照射され、これにより、ボンディングリード４の清浄表面上に、ボンディングワイヤ２と同じ材料が堆積し、金薄膜が形成される。この際マイクロプラズマ３０３の周囲はシールガス流４００によって外気からシールされている（ボンディングパッド表面堆積処理工程）。その様子を図１７（ｄ）に示す。
【０１０４】
以下、ワイヤボンディングプログラムが進展するのにあわせ、制御部９０がマイクロプラズマ発生部３４及び位置変更部２０６を制御して、マイクロプラズマの特性を表面の除去処理用と堆積処理用に切り換えることで、順次、各ボンディングパッド５とボンディングリード４の表面について表面の除去処理と堆積処理が進められる。そして、ワイヤボンディングプログラムが終了するときには、ボンディング対象８の全部のボンディングパッド５と、全部のボンディングリード４とについて、表面の酸化膜など除去処理と堆積処理とが終了する（表面処理終了工程）。
【０１０５】
つぎに、制御部９０の指令により、搬送機構１２は、表面処理が終了したボンディング対象８を、ボンディング用ステージ１６に搬送させ、位置決めさせる（ボンディング処理位置決め工程）。そして、ワイヤボンディングプログラムを起動させ、周知のように、ボンディングパッド５においてファーストボンディングを行い、ついでボンディングリード４においてセカンドボンディングを行う（ボンディング処理工程）。その様子を図１７（ｅ），（ｆ）に示す。このとき、各ボンディングパッド５、各ボンディングリード４においては、外気からシールされた状態で表面の酸化膜が除去され、その上にボンディングワイヤ２と同じ材料が薄膜状に堆積しており、ボンディング処理をより安定的に行うことができる。このようにしてボンディング処理が行われた様子を図１７（ｇ）に示す。これを繰り返し、ワイヤボンディングプログラムが終了するときには、ボンディング対象８の全部のボンディングパッド５と、全部のボンディングリード４とに関するボンディング処理が終了する（ボンディング処理終了工程）。
【０１０６】
以上説明した本実施形態は、還元性マイクロプラズマ３０１の周囲をシールガス流４００が取り囲むような一体の流れとなって、ボンディング対象であるボンディングパッド５、ボンディングリード４に到達し、還元性マイクロプラズマ３０１に外気中の酸素分やコンタミネーションが混入することを防止すると共に、プラズマ密度の高い中心部によってボンディング対象であるボンディングパッド５、ボンディングリード４の表面の汚染や異物などの除去処理が行われる。また同様にシールガス流を流した状態でボンディングワイヤ２と同じ材料を表面に堆積させることができる。このため、マイクロプラズマによる表面の除去処理、堆積処理においてボンディング対象の再酸化、再汚染を低減することができ、マイクロプラズマによるボンディング対象に対する効果的な表面処理を可能にすることができる。更に、この効果的な表面処理によってボンディング処理をより安定的に行うことができるという効果を奏する。
【０１０７】
また、本実施形態は、プラズマキャピラリ４０の先端部の本体開口４８からマイクロプラズマ３００を噴出させるマイクロプラズマ発生部３４と先端の環状開口７６から噴出させたシールガス流４００を噴出させるシールガス噴出部３５とを備える。したがって、１台のボンディング装置で、ボンディング対象に対し小さい領域にマイクロプラズマ３０１とシールガス流４００とを照射して熱損傷、再酸化、再汚染の少ない除去処理及び堆積処理を行う機能とボンディング処理機能と、を備えることができ、ボンディング対象に対する効果的な表面処理とボンディング処理とを効率的に行うことが可能となるという効果を奏する。
【実施例８】
【０１０８】
図１３の２ステージ型ワイヤボンディング装置２００を基本として、バンプボンディング装置を構成することができる。すなわち、図１３のワイヤボンディング装置２００において、搬送機構１２によって搬送されるボンディング対象８を、完成ＬＳＩが配列された完成ウェーハとしたものに相当する。
【０１０９】
ボンディング対象８を完成ウェーハとするときは、ボンディング用ステージ２４において、複数の完成ＬＳＩにおけるそれぞれのボンディングパッド５について、表面の除去処理−堆積処理−ボンディング処理が行われる。搬送機構１２を除き、他の構成要素の内容を図１３のワイヤボンディング装置２００と同様にして構成されるバンプボンディング装置の動作を図１８の工程図に示す。
【０１１０】
図１８において、（ａ）は、プラズマキャピラリ４０の内部においてボンディングワイヤ２の先端位置をプラズマ領域５２の外側に設定し、還元性マイクロプラズマを３０１によってボンディングパッド５の表面の酸化膜を除去する工程である。この内容は、図１７（ａ）に関連して説明したものと同様である。
【０１１１】
また、図１８（ｂ）は、ボンディングワイヤ２を金の細線として、キャピラリ４０の内部においてボンディングワイヤ２の先端位置をプラズマ領域５２の内部に設定し、ボンディングパッド５の表面に、ボンディングワイヤ２と同じ材料を堆積させる工程である。この内容は、図１７（ｂ）に関連して説明したものと同様である。
【０１１２】
以下、バンプボンディングプログラムが進展するのにあわせ、順次各ＬＳＩの位置においてそれぞれのボンディングパッド５について、表面の除去処理と堆積処理が行われる。そして、バンプボンディングプログラムが終了するときには、ボンディング対象８の全部のボンディングパッド５について、表面の除去処理と堆積処理が終了する。
【０１１３】
つぎに、制御部９０の指令により、搬送機構１２は、表面処理が終了した完成ウェーハを、ボンディング用ステージ１６に搬送させ、位置決めさせる。そして、バンプボンディングプログラムを起動させ、最初のＬＳＩの位置において、その最初のボンディングパッド５において、金ワイヤをボンディングし、金バンプを形成する。その様子を図１８（ｃ）に示す。このとき、ボンディングパッド５においては表面酸化膜が予め除去され、その上に金薄膜が堆積しているので、ボンディング処理をより安定的に行うことができる。このようにしてボンディング処理が終了し、金バンプ３が形成された様子を図１８（ｄ）に示す。これを繰り返し、１枚のウェーハについて全部のＬＳＩにおける全部のボンディングパッド５について金バンプ３が形成される。
【０１１４】
以上説明した本実施形態も先に説明した実施形態と同様に、マイクロプラズマによる表面処理におけるボンディング対象の再酸化、再汚染を低減することができ、マイクロプラズマによるボンディング対象に対する効果的な表面処理を可能にすることができるという効果を奏する。
【実施例９】
【０１１５】
図１４で説明した位置変更部２０６とマイクロプラズマ発生部３４とシールガス噴出部３５を、フリップチップボンディング装置に適用することができる。フリップチップボンディング装置において、位置変更部２０６と、マイクロプラズマ発生部３４と、シールガス噴出部３５とを適用する局面は、チップを反転してコレットで保持する前に、チップのバンプ３について表面の除去処理と堆積処理を行うときと、コレットでフェースダウンボンディングする前にボンディングリード４について表面の除去処理と堆積処理を行うときである。図１２に、フリップチップボンディング装置において、位置変更部２０６とマイクロプラズマ発生部３４とを適用する場合の手順を示す。
【０１１６】
図１９において、（ａ）は、ボンディングパッド５上の金バンプ３についてその表面を除去して清浄化する工程である。プラズマキャピラリ４０の内部においてボンディングワイヤ２の先端位置をプラズマ領域５２の外側に設定し、照射対象が金バンプ３となったことを除けば、図１７（ａ）に関連して説明したものと同様である。
【０１１７】
また、図１９（ｂ）は、ボンディングワイヤ２が金の細線として、キャピラリ４０の内部においてボンディングワイヤ２の先端位置をプラズマ領域５２の内部に設定し、還元性のマイクロプラズマ３０１によって清浄化された金バンプ３の表面に、ボンディングワイヤ２と同じ材料を堆積させる工程である。この内容も、照射対象が金バンプ３となったことを除けば、図１７（ｂ）に関連して説明したものと同様である。
【０１１８】
そして、全バンプ３について表面の除去処理と堆積処理が終了した半導体チップ６は反転され、コレット２６によってフェースダウン状態で保持される。フェースダウン状態とは、バンプ３が下向きであることである。コレット２６の半導体チップ６の保持は、真空吸引で行うことができる。その様子を図１９（ｃ）に示す。
【０１１９】
そして、次に回路基板のボンディングリード４について表面処理が行なわれる。図１９（ｄ）は、プラズマキャピラリ４０の内部においてボンディングワイヤ２の先端位置をプラズマ領域５２の外側に設定し、ボンディングリード４についてその表面の除去処理をする工程である。この内容は、図１７（ｃ）に関連して説明したものと同様である。
【０１２０】
また、図１９（ｅ）は、キャピラリ４０の内部においてボンディングワイヤ２の先端位置をプラズマ領域５２の内部に設定し、還元性マイクロプラズマ３０１によってボンディングリード４の表面に、ボンディングワイヤ２と同じ材料を堆積させる工程である。この内容も、図１７（ｄ）に関連して説明したものと同様である。
【０１２１】
そして、フェースダウンで保持された半導体チップ６を、このボンディングリード４に対し位置決めし、フェースダウンボンディングする。その様子を図１９（ｆ）に示す。ボンディングリード４に半導体チップ６のバンプ３が接合された様子を図１９（ｇ）に示す。
【０１２２】
以上説明した本実施形態も先に説明した実施形態と同様に、マイクロプラズマによる表面処理におけるボンディング対象の再酸化、再汚染を低減することができ、マイクロプラズマによるボンディング対象に対する効果的な表面処理を可能にすることができるという効果を奏する。
【実施例１０】
【０１２３】
上記の各実施形態においては、表面処理用ステージとボンディング用ステージとをそれぞれ設定し、それぞれにおいて表面処理用ＸＹＺ駆動機構とボンディング用ＸＹＺ駆動機構を用いて、プラズマアームとボンディングアームとを連動、すなわちプラズマキャピラリとボンディングキャピラリとを連動して動作させている。すなわち、同じ種類のボンディング対象の別々の個体について、表面処理とボンディング処理とを平行して行っている。
【０１２４】
これに対し、同じ処理ステージ上で、同じボンディング対象の個体について、表面処理とボンディング処理とを連動して行うことも可能である。図２０は、１つのＸＹＺ駆動機構１０２、１つのアーム１０３、１つの処理ステージ１０６を備える１ステージ型のワイヤボンディング装置１００の構成を示す図である。これと比較する意味で、図１のワイヤボンディング装置１０を２ステージ型と呼ぶことができる。以下において図１と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１２５】
１ステージ型のワイヤボンディング装置１００において、アーム１０３は、１つのアーム本体１０４に、ボンディングキャピラリ２４とプラズマキャピラリ４０の双方が取り付けられる。その様子を図２０に示す。ここで、プラズマキャピラリ４０と、ガス供給部６０、高周波電力供給部８０とでマイクロプラズマ発生部３４を構成すること、プラズマキャピラリ４０の先端のシールガスノズル７４とシールガス供給部８６とでシールガス噴出部３５を構成すること、及びその内容は、図３、図１０に関連して説明したものと同じである。
【０１２６】
図２１のように、１つのアーム１０３がボンディングキャピラリ２４とプラズマキャピラリ４０とを有することで、ＸＹＺ駆動機構が１つで済み、構成が簡単となる。この場合の表面処理とボンディング処理の手順は、一般的には逐次交互的に行うことができる。例えば、１つのボンディングパッドについてプラズマキャピラリ４０を位置決めしてボンディングパッドの表面処理を行い、その後アーム１０３を移動させて対応するボンディングリードにプラズマキャピラリ４０を位置決めしてボンディングリードの表面処理を行う。このようにして１組のボンディングパッドとボンディングリードの表面処理が終わると、次にアーム１０３を移動させボンディングキャピラリ２４の位置をそのボンディングパッドのところに戻してワイヤのファーストボンディングを行い、続けて、ボンディングキャピラリ２４の位置をそのボンディングリードのところに移してセカンドボンディングを行う。
【０１２７】
すなわち、２ステージ型ワイヤボンディング装置１０の動作に関連して説明した図６の手順において、（ａ）から（ｅ）を繰り返す。この手順は、表面処理−ボンディング処理−表面処理−ボンディング処理−というように、表面処理とボンディング処理とを交互に行い、そしてこれを、ボンディングパッドとボンディングリードの１組ごとに逐次的に行う。この方法は、ボンディングパッド及びボンディングリードについて、その表面処理の後、ボンディング処理までの時間を短くでき、表面処理の後に酸化膜や異物等が再付着する機会を更に減らしてボンディングを行うことができる。
【０１２８】
図２１に示す構成は、１つのアーム本体１０４にボンディングキャピラリ２４とプラズマキャピラリ４０との双方が近接して平行に配置される。ボンディングキャピラリ２４に対しプラズマキャピラリ４０を傾けて取り付け、ボンディングキャピラリ２４の向かう先と、プラズマキャピラリ４０の向かう先をほぼ同じにすることで、アーム１０３の移動駆動はより簡単になる。すなわち、アーム１０３を移動させることなく、同じボンディングパッド又はボンディングリードに対し、プラズマキャピラリ４０からマイクロプラズマを照射して表面処理を行い、その後マイクロプラズマの生成を止めて、ボンディングキャピラリ２４を用いてワイヤをボンディングすることができる。
【０１２９】
図２１の構成においては、１つのアーム本体１０４にボンディングキャピラリ２４とプラズマキャピラリ４０との双方が取り付けられるので、例えばアーム本体１０４が超音波エネルギをその先端側に効率よく伝達するためのホーンを兼ねる場合には、そのエネルギ伝達効率がプラズマキャピラリ４０の存在によって必ずしも最適とならないことがありえる。したがって、図２１の構成を用いるワイヤボンディング装置は、超音波エネルギを用いない方式、例えば熱圧着方式の場合に好適である。また、熱圧着を超音波エネルギによって支援する装置においても適用できる。
【０１３０】
図２２は、１ステージ型ワイヤボンディング装置において、他のアーム構成の例を示す図である。この装置におけるアーム１２０は、基部１２２が共通で、ボンディングキャピラリ２４用のボンディングアーム本体１２４と、プラズマキャピラリ４０用のプラズマアーム本体１２６との２つが相互に干渉しないように分離して取り付けられる。基部１２２は、共通のＸＹＺ駆動機構に取り付けられる。
【０１３１】
図２２に示す構成によれば、超音波エネルギを主体にしてボンディング処理を行う方式のボンディング装置においても、プラズマキャピラリ４０の影響をなくして、ボンディングアーム本体１２４の形状を最適に設定できる。
【０１３２】
なお、図２２では、ボンディングキャピラリ２４に対しプラズマキャピラリ４０を傾けて取り付け、ボンディングキャピラリ２４の向かう先と、プラズマキャピラリ４０の向かう先をほぼ同じにする場合を示した。このようにすることで、上記のように、アーム１２０の移動駆動をより簡単にできる。もちろん、ボンディングキャピラリ２４とプラズマキャピラリ４０とを平行に配置してもよい。
【０１３３】
また、図２３に示すように、図２３において説明したワイヤボンディング装置１００に、更に、プラズマキャピラリ４０にワイヤの位置変更部２０６を取付け、これを制御部９０と接続して、ボンディング対象の表面の酸化膜等を除去処理した後にボンディングワイヤと同じ材料を堆積させる処理を行うことができるようにするワイヤボンディング装置１１０とすることができる。
【０１３４】
本実施形態は、先に説明した実施形態に加えて、同一のボンディング対象についてボンディング処理と表面処理とを連動して行わせるので、例えば１つのチップについて表面処理とボンディング処理とを同時並行的、あるいは順次行うことができ、表面処理の直後にボンディング処理を行うことが可能となるという効果を奏する。また、ボンディングアームとプラズマアームを一体として移動させるので、移動機構が簡単なものとなるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本発明に係る実施の形態において、表面処理とボンディング処理とを行うことができるワイヤボンディング装置の構成図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、プラズマキャピラリを先端に有するプラズマアームを示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、マイクロプラズマ発生部とシールガス噴出部の全体構成を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、プラズマキャピラリの内部で生成されるマイクロプラズマとシールガスノズルの先端の環状開口から噴出するシールガスが半導体チップのボンディングパッドに照射される様子を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態において、ボンディング対象にマイクロプラズマとシールガスが照射される様子を示す図である。
【図６】本発明に係る実施の形態において、表面処理とボンディング処理とを連動して行わせる手順を示す工程図である。
【図７】他の実施形態として、バンプボンディング装置の動作を示す工程図である。
【図８】他の実施形態として、フリップチップボンディング装置の動作を示す工程図である。
【図９】他の実施形態として、他の実施形態のプラズマキャピラリの内部で生成されるマイクロプラズマとシールガスノズルの先端の環状開口から噴出するシールガスが半導体チップのボンディングパッドに照射される様子を示す図である。
【図１０】他の実施形態として、他の実施形態のマイクロプラズマ発生部とシールガス噴出部の全体構成を示す図である。
【図１１】他の実施形態として、他の実施形態のプラズマキャピラリの内部で生成されるマイクロプラズマとシールガスノズルの先端の環状開口から噴出するシールガスが半導体チップのボンディングパッドに照射される様子を示す図である。
【図１２】他の実施形態として、他の実施形態のプラズマキャピラリの内部で生成されるマイクロプラズマとシールガスノズルの先端の環状開口から噴出するシールガスが半導体チップのボンディングパッドに照射される様子を示す図である。
【図１３】他の実施形態として、表面処理とボンディング処理とを行うことができるワイヤボンディング装置の構成図である。
【図１４】他の実施形態として、表面処理に関係する要素の構成図である。
【図１５】他の実施形態として、プラズマキャピラリの内部で生成されるマイクロプラズマとシールガスノズルの先端の環状開口から噴出するシールガスが半導体チップのボンディングパッドに照射される様子を示す図である。
【図１６】他の実施形態として、プラズマキャピラリの内部で生成される金の微粒子を含むマイクロプラズマの生成の様子とこのマイクロプラズマとシールガスノズルの先端の環状開口から噴出するシールガスが半導体チップのボンディングパッドに照射される様子を示す図である。
【図１７】他の実施形態として、表面の除去および堆積を含む表面処理と、ボンディング処理とを連動して行わせる手順を示す工程図である。
【図１８】他の実施形態として、バンプボンディング装置の動作を示す工程図である。
【図１９】他の実施形態として、フリップチップボンディング装置の動作を示す工程図である。
【図２０】他の実施形態として、１ステージ型のワイヤボンディング装置の構成を示す図である。
【図２１】他の実施形態として、１ステージ型のワイヤボンディング装置のアームを示す図である。
【図２２】他の実施形態として、１ステージ型ワイヤボンディング装置において、他のアーム構成の例を示す図である。
【図２３】他の実施形態として、１ステージ型のワイヤボンディング装置の他の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１３６】
２ ボンディングワイヤ、３ バンプ、４ ボンディングリード、５ ボンディングパッド、６ 半導体チップ、７ 回路基板、８ ボンディング対象、１０，１００，１１０，２００ ワイヤボンディング装置、１２ 搬送機構、１４ 表面処理用ステージ、１６２０４ ボンディング用ステージ、２０ ボンディング用ＸＹＺ駆動機構、２１ ボンディングアーム、２２，１２４ ボンディングアーム本体、２４ ボンディングキャピラリ、２６ コレット、３０ 表面処理用ＸＹＺ駆動機構、３１，１０３，１２０ プラズマアーム、３２，１０４，１２６ プラズマアーム本体、３４ マイクロプラズマ発生部、３５ シールガス噴出部、４０ プラズマキャピラリ、４２ プラズマキャピラリ本体、４４ プラズマ用ガス供給口、４６ 先端部、４８ 本体開口、５０ 高周波コイル、５２ プラズマ領域、５４ 内部電極、５６ 外部電極、５８ パイプ、６０ プラズマ化ガス供給部、６４ 混合ボックス、６８ 水素ガス源、７０ アルゴンガス源、７２ シールガス供給パイプ、７４ シールガスノズル、７６ 環状開口、８０ 高周波電力供給部、８２ 整合回路、８４ 高周波電源、８６ シールガス供給部、８８ シールガス源、８９ 供給ボックス、９０ 制御部、１０２ ＸＹＺ駆動機構、１０３，１２０ アーム、１０４ アーム本体、１０６ 処理ステージ、１２２ 基部、１２４ ボンディングアーム本体、１２６ プラズマアーム本体、２０６ 位置変更部、２０８ スプール、２１０ クランパ、２１２ ワイヤ位置駆動部、３００ マイクロプラズマ、３０１ 還元性マイクロプラズマ、３０３ スパッタされた金の微粒子を含むマイクロプラズマ、４００ シールガス流。
【技術分野】
【０００１】
本発明はボンディング装置に係り、特にボンディング対象について表面処理を行った後ボンディング処理を行うボンディング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボンディング装置として、半導体チップの電極部と回路基板のリード端子との間を金属細線で接続するワイヤボンディング装置が知られている。金属細線が接続される半導体チップの電極部はボンディングパッドと呼ばれ、回路基板のリード端子はボンディングリードと呼ばれることがあるが、これらに金属細線を超音波接続技術あるいは熱圧着接続技術等を用いて接続する際に、これらの表面状態の重要性が認識されている。すなわち、ボンディングパッドの金属層又はボンディングリードの金属層の表面が汚染され、あるいは異物があると、金属細線との間で良好な電気的接合を行うことができず、また機械的接合強度も弱い。そこで、ボンディング処理を行う前に、ボンディングパッドあるいはボンディングリードの表面処理を行うことが試みられる。
【０００３】
そのために、１つはボンディング処理を行う前に、ボンディングパッドあるいはボンディングリードの表面処理を行うことが試みられる。例えば、特許文献１には、被接続表面をクリーニングしてからワイヤボンディングを行う装置等が開示され、そこでは、プラズマジェット部とワイヤボンディング部とが一体構成されるワイヤボンディング装置が述べられている。プラズマジェット部は、外側誘電体管と内側誘電体管とからなる同軸の二重構造で、外側誘電体管には接地された円錐状電極が、内側誘電体管の内部には丸棒状の高周波電極がそれぞれ設けられ、この間に例えばアルゴンガスを導入した上で大気中グロー放電を起こさせて、低温プラズマを生じさせる。このようにして発生したプラズマをガス噴出口から噴出させて電極上のコンタミネーションを除去し、その後ワイヤボンディングを行う。
【０００４】
また、特許文献２には、プラズマ処理装置等が開示され、ここでは、安定したグロー放電によるプラズマ処理を行うため、ストリーマー放電を抑制する方法として、電極を冷却すること等が述べられている。このプラズマ処理装置を用いたシステムとして、ベルトコンベア等で搬送されるＩＣ搭載回路基板の電子部品を囲む複数のボンディングパッドの表面処理を行うものが述べられている。ここでは、基板の各ボンディングパッドの座標を読み込み、その座標に従ってプラズマジェットの吹き出し位置の移動を制御し、順次送りによりプラズマ処理を行う。
【０００５】
また、特許文献３にはマイクロプラズマＣＶＤ装置が開示され、そこでは絶縁材料からなる筒状のプラズマトーチの細くなっている先端部に高周波コイルを設け、プラズマトーチ内にワイヤを通す構成において、プラズマトーチ内のワイヤと高周波コイルとの間で高周波電力による誘導プラズマを生じさせることが述べられている。ここで、プラズマトーチの先端の直径はおよそ１００μｍで、これにより２００μｍ程度の領域に、高密度マイクロプラズマを用いて、カーボン等の材料を大気中で堆積させることができると述べられている。
【０００６】
また、特許文献４には、高速、高温プラズマを用いた表面処理装置及びこれを用いた表面処理方法が開示されている。ここでは、誘導コイルの巻回されたプラズマ発生部のラバルノズル入口に二重管を接続し、内管にはプラズマ発生用ガスを流し、外管にはラバルノズル内面と発生したプラズマとをシールするシールガスを流して、ラバルノズル内面を保護する構造が述べられている。これにより、ラバルノズル内面から不純物のパーチクルがプラズマガス中に入り込んで表面処理品質の低下を低下させることを防止する。
【０００７】
高温のプラズマについては、特許文献５に、タンディシュ内の溶鋼をプラズマアークにより加熱するプラズマトーチが開示されている。ここでは、カソード電極とこのカソード電極を中心としてその外周に同心円上にプラズマ作動ガスを供給するプラズマ作動ガス供給管を配設し、その外周で前記カソード電極の同心円上に前記カソード電極と前記プラズマ作動ガスにより発生するプラズマアークをシールするシールガス供給管を配設している。このシールガスによって、電極が空気中の酸素などに接触して損耗することを少なくすることが開示されている。
【０００８】
もう１つの試みは、金属層を予め保護しておくことである。たとえば、特許文献６には、半導体装置等が開示され、ここでは、銅又は銅系合金を配線材料に用いる半導体装置のボンディングワイヤ結線用電極パッドを多層構造にすることが述べられている。すなわち、半導体基板上に凹部を形成し、その凹部に下層から銅膜、拡散防止膜、酸化防止膜の順に成膜する。また、銅膜の下面と接続する銅系アンカー層が半導体装置の絶縁膜層に埋め込まれる。拡散防止層は、ＴｉＮ、Ｗ等で、酸化防止膜はＡｌ、Ａｕ、Ａｇ等を主体とした合金である。これらはすべて凹部の中に形成され、化学機械研摩（ＣＭＰ）によって、これ以外の部分に堆積した拡散防止膜、酸化防止膜は除去され、絶縁膜と同じ高さの電極パッドが得られる。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−３４０５９９号公報
【特許文献２】特開平１１−２６０５９７号公報
【特許文献３】特開２００３−３２８１３８号公報
【特許文献４】特開平９−３１６６４５号公報
【特許文献５】特開平１１−２９１０２３号公報
【特許文献６】特開２００１−１５５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
低温のマイクロプラズマをボンディングパッドやボンディングリードに照射して、その表面処理を行う際に、プラズマ化したガスの噴流の周囲にある外気や外気中の有機物などがガスの噴流に巻き込まれることがある。これは、マイクロプラズマの速度が、超音速のような高速でない場合であっても起こりうる。そして、このように外気や有機物がプラズマ噴流の中に巻き込まれると、一端表面処理したボンディングパッドやボンディングリードの表面を表面処理手段であるマイクロプラズマ自身によって再度酸化させてしまったり、一端表面から除去した有機物を再度付着させたりすることが発生する。すると、マイクロプラズマによる表面処理を行っても、ボンディングワイヤとボンディングパッド、あるいはボンディングリードとの間で良好な電気的接合を行うことができず、また機械的接合強度も弱くなってしまうという問題がある。
【００１１】
特許文献１又は３に記載された従来技術は、いずれも低温の微細なマイクロプラズマによって、ボンディングパッドあるいはボンディングリードの表面処理を行うことは開示されているが、上記のようなマイクロプラズマが周囲の外気を巻き込んで処理対象物の表面を再酸化、再汚染してしまうという問題点については開示されていない。また、特許文献４の従来技術には超音速のプラズマがプラズマ発生器のラバルノズル内面を保護するためにプラズマとラバルノズルの間にシールガスを流してこれらが直接接触することを防止すということは開示されているが、低温プラズマが周囲の外気や有機物を巻き込むという点については記載も開示もされていない。更に、特許文献５の従来技術には２０００℃というような高温状態において動作する加熱プラズマにおいて、プラズマ作動ガスにより発生するプラズマアークをシールするシールガスを外周に供給し、電極が空気中の酸素などに接触して損耗を少なくすることが開示されているが、低温の表面処理用プラズマについては記載されていない。
【００１２】
一方、ワイヤボンディング装置等は、現在高精度化、高速化等の要求が強く、ワイヤを保持してボンディング処理を行うボンディングヘッドの移動は、高精度の位置決めを高速に行っている。したがって、ボンディング処理の前に表面処理を行うには、この高速化のボンディング装置特有の要求等を考慮しなければならない。特許文献２、３に記載の従来技術はボンディング処理との関係を顧慮せず、特許文献１に記載の従来技術はプラズマジェット部とワイヤボンディング部との一体構成の具体的内容が述べられていない。また、特許文献６に記載された従来技術はプラズマ処理との関係が述べられていない。
【００１３】
このように、従来技術のボンディング装置においては、マイクロプラズマによるボンディング対象に対する表面処理を効果的に行うことが困難である。また、ボンディング対象に対する表面処理とボンディング処理とを効率的に行うことも困難である。ここで、ボンディング対象の表面処理を除去処理と堆積処理に大別することができ、除去処理としては、還元、エッチング等によりボンディング対象の表面の汚染や酸化膜や異物を除去して清浄面とすることが有り、堆積処理としては、ボンディング性のよい材料、例えば、ボンディングワイヤと同じ金をボンディング対象の表面に堆積させることが有る。いずれの処理もマイクロプラズマによる処理であることから、上記の従来技術では、除去処理、堆積処理共に処理の際の再酸化、再汚染の問題が未解決である。更に、再酸化、再汚染を解決してそれをどのようにボンディング技術と結びつけるかも未解決である。
【００１４】
本発明の目的は、マイクロプラズマによるボンディング対象に対する効果的な表面処理を可能にするボンディング装置を提供することである。また、他の目的は、ボンディング対象に対する表面処理とボンディング処理とを効率的に行うことを可能とするボンディング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のボンディング装置は、ボンディングツールを用いてボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング処理部と、内部でプラズマ化したガスを先端の開口からボンディング対象に噴出させるプラズマ発生部と、プラズマ発生部の外面に同軸上に取り付けられた環状流路先端の開口からシールガスを噴出させてプラズマ化したガスを外気からシールするシールガス噴出部と、を含むプラズマキャピラリと、を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明のボンディング装置は、ボンディングキャピラリを有するボンディングアームを用いてボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング処理部と、内部でプラズマ化したガスを先端の開口からボンディング対象に噴出させるプラズマ発生部と、プラズマ発生部の外面に同軸上に取り付けられた環状流路先端の開口からシールガスを噴出させてプラズマ化したガスを外気からシールするシールガス噴出部と、を含むプラズマキャピラリと、プラズマキャピラリを先端に有するプラズマアームを用いてボンディング対象に表面処理を行うプラズマ処理部と、ボンディングアームの動作と、プラズマアームの動作とを、連動して制御する制御部と、を備えることを特徴とする。ここで、ボンディング処理部は、ボンディング用ステージに保持されたボンディング対象に対しボンディング処理を行い、プラズマ処理部は、ボンディング処理部で処理されるボンディング対象と同種類であって表面処理用ステージに保持されたボンディング対象に対し表面処理を行い、制御部は、同種類の各ボンディング対象の同じ部位においてそれぞれボンディング処理と表面処理とを連動して行わせる制御をすることとしても好適である。また、プラズマ発生部は、絶縁体からなる筒状部材と同軸上に取り付けられた円筒型外面電極と筒状部材の中心軸上に取り付けられた線状の内部電極とへの電力供給によって、筒状部材の内部でプラズマ化したガスを、筒状部材の先端部の開口から噴出させる容量結合型のマイクロプラズマ発生部であること、としても好適である。
【００１７】
本発明のボンディング装置は、ボンディングツールを用いてボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング処理部と、内部でプラズマ化したガスを、先端の開口からボンディング対象に噴出させるプラズマ発生部と、プラズマ発生部の外面に同軸上に取り付けられた環状流路先端の開口からシールガスを噴出させてプラズマ化したガスを外気からシールするシールガス噴出部と、を含むプラズマキャピラリと、プラズマ発生部の中に挿入される所定材料の細線の先端位置をプラズマ発生部の内部でガスがプラズマ化するプラズマ領域との関係で変更する手段であって、細線の先端位置がプラズマ領域の外側にあり、ボンディング対象物の表面をプラズマ化したガスで除去する除去位置と、細線の先端位置がプラズマ領域の内側にあり、細線の材料をプラズマ化したガスとともにボンディング対象物に噴出させて堆積させる堆積位置との間で変更する位置変更手段と、位置変更手段によってマイクロプラズマ発生部における細線位置を表面除去位置に移動させてボンディング対象物の表面の汚染や酸化膜を除去したのち、細線位置を堆積位置に移動させてボンディング対象物に所定材料を堆積させる制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明のボンディング装置は、ボンディングキャピラリを有するボンディングアームを用いてボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング処理部と、内部でプラズマ化したガスを、先端の開口からボンディング対象に噴出させるプラズマ発生部と、プラズマ発生部の外面に同軸上に取り付けられた環状流路先端の開口からシールガスを噴出させてプラズマ化したガスを外気からシールするシールガス噴出部と、を含むプラズマキャピラリと、プラズマキャピラリを先端に有するプラズマアームを用いてボンディング対象に表面処理を行うプラズマ処理部と、プラズマ発生部の中に挿入される所定材料の細線の先端位置をプラズマ発生部の内部でガスがプラズマ化するプラズマ領域との関係で変更する手段であって、細線の先端位置がプラズマ領域の外側にあり、ボンディング対象物の表面をプラズマ化したガスで除去する除去位置と、細線の先端位置がプラズマ領域の内側にあり、細線の材料をプラズマ化したガスとともにボンディング対象物に噴出させて堆積させる堆積位置との間で変更する位置変更手段と、ボンディングアームの動作と、プラズマアームの動作とを、連動して制御する制御部と、を備え、制御部は、位置変更手段によってプラズマ発生部における細線位置を表面除去位置に移動させてボンディング対象物の表面を除去したのち、細線位置を堆積位置に移動させてボンディング対象物に所定材料を堆積させ、次に、ボンディング処理部によって、所定材料の堆積した部位にボンディング処理を行わせることを特徴とする。ここで、ボンディング処理部は、ボンディング用ステージに保持されたボンディング対象に対しボンディング処理を行い、プラズマ処理部は、ボンディング処理部で処理されるボンディング対象と同種類であって表面処理用ステージに保持されたボンディング対象に対し表面処理を行い、制御部は、同種類の各ボンディング対象の同じ部位においてそれぞれボンディング処理と表面処理とを連動して行わせる制御をすることとしても好適である。
【００１９】
本発明のボンディング装置において、制御部は、同一のボンディング対象についてボンディング処理と表面処理とを連動して行わせる制御をすることを特徴ととても好適であるし、更に、制御部は、ボンディングアームとプラズマアームとを一体として移動させる制御をすることとしても好適である。また、プラズマ発生部は、絶縁体からなる筒状部材に巻回された高周波コイルへの電力供給によって、筒状部材の内部でプラズマ化したガスを、筒状部材の先端部の開口から噴出させる誘導結合型のマイクロプラズマ発生部であること、としても好適である。
【００２０】
本発明のボンディング装置において、シールガスはプラズマ化するガスと同等あるいは該ガスよりも化学的活性の低いガスであること、としても好適であるし、シールガスは不活性ガスであること、としても好適である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、マイクロプラズマによるボンディング対象に対する効果的な表面処理を可能にすることができるという効果を奏する。また、ボンディング対象に対する表面処理とボンディング処理とを効率的に行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、半導体チップのボンディングパッドと基板のボンディングリードに関する、表面処理とボンディング処理とについて、特に通常のワイヤボンディングについて詳細に説明する。ここで通常のワイヤボンディング技術とは、基板上に搭載された半導体チップのボンディングパッドにワイヤのファーストボンディングを行い、そのワイヤを延ばしてボンディングリードにセカンドボンディングを行うものである。ボンディングパッドとボンディングリードに関する接続技術は、ボンディング対象の性質に応じ、ワイヤボンディング技術の他にも、半導体チップを積層するスタックド素子におけるワイヤボンディング、フリップチップを形成する技術、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｆｉｌｍ）技術、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）技術等様々な技術が用いられる。以下では通常のワイヤボンディング技術の他に、できるだけ多くの実施例を説明するが、これら以外のボンディングパッドとボンディングリードとに関する表面処理とボンディング処理についても、本発明が適用できる。
【００２３】
上記のように、ボンディング処理とは、ワイヤボンディングのみに限られず、広く半導体チップのボンディングパッドと基板のボンディングリードとに関する接続処理を意味するものとするので、したがって、ボンディング処理に用いるボンディングツールは、ワイヤボンディングの場合においてワイヤを挿通するキャピラリであるが、その他の技術においては必ずしもキャピラリでないことがある。例えば、ＣＯＦの場合には、半導体チップを把持してボンディングするコレットが、ボンディングツールとなる。
【００２４】
また、以下において、表面処理は、ボンディングパッド及びボンディングリードの双方に適用することを基本に説明するが、具体的なボンディング対象の性質によっては、いずれか一方を省略することも可能である。
【実施例１】
【００２５】
図１は、表面処理とボンディング処理とを行うことができるワイヤボンディング装置１０の構成図であり、ボンディング対象８として基板に搭載された半導体チップも図示されている。ワイヤボンディング装置１０は、ボンディング対象８に対し、ボンディングを行う狭い領域、具体的には半導体チップのボンディングパッドと基板のボンディングリードに、ボンディング処理前の表面処理をプラズマ化したガスの作用により行い、その後にボンディング処理を行う機能を有するワイヤボンディング装置である。
【００２６】
ワイヤボンディング装置１０は、ボンディング対象８を保持し所定の位置に搬送する搬送機構１２、ボンディングキャピラリ２４をボンディングアーム本体２２の先端に取り付けたボンディングアーム２１、ボンディングアーム２１を移動駆動するボンディング用のＸＹＺ駆動機構２０、プラズマキャピラリ４０をプラズマアーム本体３２の先端に取り付けたプラズマアーム３１、プラズマアーム３１を移動駆動する表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０、表面処理用のガス供給部６０、表面処理用の高周波電力供給部８０、シールガス供給部８６、各要素を一体として制御する制御部９０を含んで構成される。ここで、プラズマキャピラリ４０、ガス供給部６０、高周波電力供給部８０はマイクロプラズマ発生部３４を構成し、プラズマキャピラリ４０先端のシールガスノズル７４と、シールガス供給部８６はシールガス噴出部を構成する。
【００２７】
ボンディング用ＸＹＺ駆動機構２０は、ボンディングアーム２１を図１に示すＸ軸方向及びＹ軸方向の任意の位置に移動駆動し、その任意の位置でボンディングキャピラリ２４の先端をＺ軸方向に上下駆動できる機能を有する。ボンディングアーム２１は、ボンディングアーム本体２２と、その先端に取り付けられるボンディングキャピラリ２４とを含んで構成される。ボンディング用ＸＹＺ駆動機構２０は、ボンディングアーム本体２２を搭載する高速ＸＹテーブルと、ボンディングアーム本体２２を揺動駆動してその先端に取り付けられたボンディングキャピラリ２４を上下動させる高速Ｚモータとを含んで構成される。位置決めには、センサを用いたサーボ機構が用いられる。
【００２８】
ボンディングアーム２１は、上記のようにボンディングアーム本体２２と、その先端に取り付けられるボンディングキャピラリ２４とから構成されるが、図示されていない超音波トランスデューサによって超音波エネルギをボンディングキャピラリ２４に供給し、ボンディングキャピラリ２４に挿通されたボンディングワイヤをボンディング対象８に押し付けて接合させる機能を有する。ボンディングキャピラリ２４は、周知のように、ボンディングワイヤを挿通する細い筒状の部材である。ボンディングワイヤとしては金やアルミニウム等の細線を用いることができる。なお、図１には、ボンディングワイヤを供給するスプール、ボンディングワイヤの動きをクランプ又は解放するクランパ等の機構の図示を省略してある。
【００２９】
表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０は、後に詳述する表面処理用のプラズマキャピラリ４０を先端に有するプラズマアーム３１を図１に示すＸ軸方向及びＹ軸方向の任意の位置に移動駆動し、その任意の位置でプラズマキャピラリ４０の先端をＺ軸方向に上下駆動できる機能を有する。プラズマアーム３１は、プラズマアーム本体３２と、その先端に取り付けられるプラズマキャピラリ４０とを含んで構成される。また、プラズマキャピラリ４０先端にはシールガスノズル７４が備えられている。図２は、プラズマアーム３１を抜き出して示したものである。このように、プラズマアーム本体３２およびプラズマキャピラリ４０の外観は、それぞれ、ボンディングアーム本体２２、ボンディングキャピラリ２４の外観と類似する。
【００３０】
表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０は、ほぼボンディング用ＸＹＺ駆動機構２０と同様の機能を有する。相違するのは、ボンディング用ＸＹＺ駆動機構２０は高速高精度の移動駆動を必要とするが、表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０はそれほどの位置決め精度を要しないところである。すなわち、表面処理が適用される領域は、ワイヤがボンディングパッド又はボンディングリードに接合される投影面積より広く、また、そのばらつきもある程度許容できるからである。したがって、表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０を構成するＸＹテーブル、Ｚモータの性能は、ボンディング用ＸＹＺ駆動機構２０のものと比較して緩和することができる。
【００３１】
また、このように表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０及びプラズマアーム本体３２およびプラズマキャピラリ４０は、ボンディング用のＸＹＺ駆動機構２０及びボンディングアーム本体２２およびボンディングキャピラリ２４とほぼ同様な機能であるので、プラズマキャピラリ４０の先端の位置とボンディングキャピラリ２４の先端位置を較正することで、両者の移動制御を同じシーケンスで実行させることができる。つまり、同じシーケンスプログラムを適用して、ボンディング対象８に対するプラズマキャピラリ４０の先端の移動と、ボンディングキャピラリ２４の先端の移動を全く同じとできる。換言すれば、同じシーケンスプログラムを、同時に、表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０とボンディング用のＸＹＺ駆動機構２０に与えると、プラズマキャピラリ４０の先端の移動と、ボンディングキャピラリ２４の先端の移動とは同じとできる。つまりあたかも、表面処理用装置とボンディング用装置の２台が、全く同じ動きを同時に行うようにできる。
【００３２】
表面処理のためのマイクロプラズマ発生部３４であるプラズマキャピラリ４０、ガス供給部６０、高周波電力供給部８０、及びシールガスシール噴出部３５であるシールガスノズル７４、シールガス供給部８６の内容を説明する前に、残る構成要素を先に説明する。搬送機構１２は、ボンディング対象８を、プラズマキャピラリ４０の処理領域である表面処理用ステージ１４に搬送してそこで位置決め固定し、表面処理を受けさせ、その後、ボンディングキャピラリ２４の処理領域であるボンディング用ステージ１６に移動搬送し、そこで位置決め固定してボンディング処理を受けさせる機能を有する。かかる搬送機構１２は、搬送物をクランプさせて移動させる機構等を用いることができる。
【００３３】
制御部９０は、搬送機構１２、ボンディング用のＸＹＺ駆動機構２０、表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０、ガス供給部６０、高周波電力供給部８０、シールガス供給部８６等と接続され、これらの要素に対し、ボンディング対象８に表面処理を行い、次いでボンディング処理を行わせる制御をする機能を有する電子回路装置である。かかる機能は、ソフトウェアで実現でき、具体的には、表面処理とボンディング処理とを連動して実行する手順を具体化したワイヤボンディングプログラムを実行することで実現できる。かかる機能の一部をハードウェアで実現してもよい。
【００３４】
図３を参照しながら、表面処理のためのマイクロプラズマ発生部３４及びシールガス噴出部３５の詳細な内容を説明する。図３はマイクロプラズマ発生部３４の全体構成を示す図である。マイクロプラズマ発生部３４は、上記のようにプラズマアーム３１の先端のプラズマキャピラリ４０、及びこれに接続されるガス供給部６０、高周波電力供給部８０、シールガス供給部８６を含んで構成され、シールガス噴出部３５はプラズマキャピラリ４０先端のシールガスノズル７４、シールガス供給部８６を含んで構成される。
【００３５】
プラズマキャピラリ４０は、絶縁体から構成される細い筒状部材の内部で表面処理用のマイクロプラズマを発生させ、これを先端部開口から噴出させてボンディング対象に照射するとともに、噴出したマイクロプラズマの周囲を取り囲んでマイクロプラズマを外気からシールするシールガスを噴出させる機能を有する部材である。プラズマを照射する面積は、先端部開口の大きさ等で限定され、きわめて狭い領域であるので、噴出するプラズマをマイクロプラズマと呼ぶことができる。プラズマキャピラリ４０は、絶縁体からなる筒状のプラズマキャピラリ本体４２と、プラズマキャピラリ本体４２が取り付けられている導電性材料からなるパイプ５８と、プラズマキャピラリ本体４２の外側に取り付けられた円筒状の外部電極５６と、一端がパイプ５８の内面に接し他の一端はプラズマキャピラリ本体４２の中心に配設された線状の内部電極５４と、プラズマキャピラリ本体４２の先端部の外周に取り付けられたシールガスノズル７４とを含んで構成される。
【００３６】
プラズマキャピラリ本体４２には、パイプ５８の上端のプラズマ用ガス供給口４４からマイクロプラズマの源となるガスが供給され、全体的な大きさは、ほぼボンディングキャピラリ２４と同じである。例えば、先端部４６の本体開口４８の直径が約０．０５ｍｍ程度で材質もボンディングキャピラリ２４と同様に、アルミナ等のセラミックを用いることができる。また、本体開口の直径は０．５から１．０ｍｍ程度までの太いものとすることもできる。
【００３７】
プラズマキャピラリ本体４２の外面の円筒状の外部電極は、ステンレス鋼などの金属材料を用いることができ、プラズマキャピラリ本体４２と密着していてもよいし、微小な隙間を持って取り付けられていてもよい。プラズマキャピラリ本体４２の中心軸上に配設された内部電極５４の一端は外部電極５６のキャピラリ先端側端面と略同一位置まで延びている。また、内部電極はプラズマ発生と安定化のために高融点貴金属が好適である。
【００３８】
プラズマキャピラリ本体４２の外側にはプラズマキャピラリ本体４２よりも内径の大きな円筒状のシールガスノズル７４がプラズマキャピラリ本体４２と同軸となるように取り付けられている。シールガスノズル７４の上端は閉止されてプラズマキャピラリ本体４２に固定されており、下端は開放端となっている。シールガスノズル７４はプラズマキャピラリ本体４２と二重管を構成して、プラズマキャピラリ本体４２との間にプラズマキャピラリ本体４２の長手軸方向に沿った環状流路を構成している。プラズマキャピラリ本体４２の下端の本体開口４２はシールガスノズル７４の下端の開口よりも突出しており、シールガスノズル７４の下端の開放端は環状開口７６となっている。シールガスノズル７４にはシールガスを供給するシールガス供給パイプ７２が固定されている。シールガスノズル７４はプラズマキャピラリ本体４２と同様にアルミナ等のセラミックスを用いることができる。シールガスノズル７４はプラズマキャピラリ本体４２の本体開口４８から噴出するマイクロプラズマを取り囲むようにシールガスを噴出させることができれば、上記のように円筒状である必要はなく四角形や六角形の角管でもよいし、外面が角型で円筒状の穴があいているような形状であってもよい。また、環状開口７６からのシールガス流の流速を高くしたい時には先端をノズル形状に絞っても好適である。
【００３９】
ガス供給部６０は、マイクロプラズマの源となるガスを供給する機能を有し、具体的には、表面処理用のガスをキャリアガスに混合するための混合ボックス６４と、各種ガス源と、これら及びプラズマキャピラリ４０を接続する各種配管とを含んで構成される。ここで各種ガス源は、表面処理用ガス源として、還元処理用の水素ガス源６８が、キャリアガス源としてアルゴンガス源７０がそれぞれ用いられる。
【００４０】
混合ボックス６４は、送られてきた還元ガスを、適当な混合比でキャリアガスに混合し、プラズマキャピラリ４０のプラズマ用ガス供給口４４に供給する機能を有する。混合ボックス６４の制御は、制御部９０の下で行われる。なお、消費するガスの量は微量であるので、各ガス源は、小型のガスボンベを用いることができる。勿論、外部ガス源から専用配管によって混合ボックス６４に接続するものとすることもできる。
【００４１】
表面処理用のガス源として、水素ガスを用いるときは、ボンディング対象の表面における酸化膜等を還元によって除去することができる。この他に、ボンディング対象によっては、フッ素系のエッチングガスを表面処理用のガス源として用いてもよい。
【００４２】
高周波電力供給部８０は、プラズマキャピラリ本体４２の外面に取り付けられた外部電極５６、マイクロプラズマの生成を持続するための高周波電力を供給する機能を有し、整合回路８２と高周波電源８４を含んで構成される。整合回路８２は、外部電極５６に高周波電力を供給するときの電力反射を抑制するための回路で、例えばＬＣ共振回路を構成する回路等が用いられる。高周波電源８４は、例えば１００ＭＨｚから５００ＭＨｚ等の周波数の電源を用いることができる。供給する電力の大きさは、ガス供給部６０から供給されるガスの種類、流量、マイクロプラズマの安定性等を考慮して決定される。高周波電源８４の制御は、制御部９０の下で行われる。
【００４３】
シールガス供給部８６は、シールガスノズルの先端から噴出させるシールガスの源となるガスを供給する機能を有し、具体的には、シールガス源と、これら及びプラズマキャピラリ４０を接続する各種配管とを含んで構成される。ここでシールガスは、ボンディングパッド、又はボンディングリード表面を酸化させたり電気的接合、機械的接合度を低下させるような表面劣化を生じさせたりすることが無いように、不活性ガスまたは窒素であって、シールガスはプラズマ化したガスと接触することから、プラズマ発生源として供給されるガスよりも化学的な活性が同等あるいはそれよりも化学的活性が低いガスが用いられる。従ってプラズマ発生用のキャリアガス源としてアルゴンガスが用いられる場合には、アルゴンガスあるいはこれよりも活性の低いヘリウム、ネオンガスを用いる。本実施形態ではプラズマ発生用のキャリアガスにアルゴンガスを用いているので、シールガス源もアルゴンガス源８８としている。なお、プラズマ発生用のキャリアガス源として窒素ガスが用いられる場合には、シールガス源として窒素ガス源を用いてもよい。
【００４４】
供給ボックス８９は、送られてきたシールガスをプラズマキャピラリ４０のシールガス供給パイプ７２に供給する機能を有する。供給ボックス８９の制御は、制御部９０の下で行われる。なお、消費するガスの量は微量であるので、シールガス源は、小型のガスボンベを用いることができる。勿論、外部ガス源から専用配管によって供給ボックス８９に接続するものとすることもできる。
【００４５】
図４は、マイクロプラズマ発生部３４及びシールガス噴出部３５の作用として、プラズマキャピラリ４０の内部で生成されるマイクロプラズマ３００とシールガスノズル７４の先端の環状開口７６から噴出するシールガスが半導体チップ６のボンディングパッド５に照射される様子を示す図である。マイクロプラズマ３００を生成するには、次の手順が行われる。最初にガス供給部６０を制御し、適当な流量のガスをプラズマキャピラリ４０のプラズマ用ガス供給口４４に供給する。供給されたガスは、先端部の開口４８から外部に流れる。ついで、高周波電力供給部８０を制御し、適当な高周波電力を外部電極５６に供給する。これらの適当な条件は予め実験で求めておくことができる。そして、供給されたガスの条件と、高周波電力の条件が適当であると、流れているガスに高周波電力によるマイクロプラズマ３００が生成される。供給されるガスがプラズマ化するプラズマ領域５２は、おおよそ外部電極５６の配置された位置から、ガスの下流側である。生成されたマイクロプラズマ３００は、プラズマキャピラリ４０先端の本体開口４８から噴出し、広がりながらボンディングパッド５に向かって流れていく。
【００４６】
一方、シールガス流の生成は、最初にシールガス供給部８６を制御し、適当な流量のガスをプラズマキャピラリ４０のシールガス供給パイプに７２に供給する。供給されたシールガスは、シールガスノズル７４の中の円環状の流路を流れて先端の環状開口７６から円環状のシールガス流４００として噴出する。噴出したシールガス流４００は、円環状の断面の外径が広がり、内径が小さくなるようにその流路幅を広げながらボンディングパッド５に向かって流れていく。そしてプラズマキャピラリ４２の本体開口４８とボンディングパッド５との間でマイクロプラズマ３００の外周部に接し、マイクロプラズマ３００の周囲をシールガス流４００が取り囲むような一体の流れとなって、ボンディングパッド５に到達する。図４の下のグラフに示すように、この一体のガス流の中心部は外からシールガスが入ってこないのでプラズマ密度が高く、周辺部はシールガス流４００とマイクロプラズマ３００が混合してプラズマ密度が次第に低くなり、外気と触れる外周面はシールガスのみが流れている。このようにマイクロプラズマ３００の周りをシールガス流が取り囲むことにより、マイクロプラズマ３００に外気中の酸素分やコンタミネーションが混入することを防止している。そして、ボンディングパッド５にはプラズマ密度の高い中心部が当たり表面の酸化膜等の除去処理が行われる。
【００４７】
本実施形態では、本体開口４８の直径が０．０５ｍｍ程度であるので、ボンディング対象物までの距離を適当に取ることで、ボンディングパッド及びボンディングリードの狭い領域のみにプラズマ密度の高い部分を照射することができる。また、マイクロプラズマ３００、シールガス流４００を噴出させたままでも、ボンディング対象から遠く離せば、マイクロプラズマ３００、シールガス流４００はボンディング対象物に作用を及ぼさない。したがって、プラズマキャピラリ４０の上下によって、ボンディング対象に対するマイクロプラズマ３００の作用を制御できる。図５は、その様子を示す図で、ここでは、ボンディング対象８が、回路基板７に搭載された半導体チップ６として示される。そして、表面処理用ＸＹＺ駆動機構３０を適当に制御することでプラズマキャピラリ４０の位置を移動させ、半導体チップ６のボンディングパッド５と、回路基板７のボンディングリード４との位置において、プラズマキャピラリ４０からそれぞれマイクロプラズマ３００、シールガス流４００が照射される様子が示される。また、本体開口４８の直径が０．５から１．０ｍｍ程度までの太いものを用いる場合には、ボンディング対象物までの距離を適当に取ることで、複数のボンディングパッド、ボンディングリードにマイクロプラズマ３００、シールガス流４００を照射することもできる。
【００４８】
上記構成のワイヤボンディング装置１０の動作について図６を用いて説明する。図６は、表面処理とボンディング処理とを連動して行わせる手順を示す工程図である。ワイヤボンディングを行うには、ワイヤボンディング装置１０を起動させ、搬送機構１２によってボンディング対象８を表面処理用ステージ１４に搬送し、位置決めする（表面処理位置決め工程）。
【００４９】
そして、制御部９０の指令により、マイクロプラズマ発生部３４の起動が行われ、プラズマキャピラリ４０においてマイクロプラズマ３００が生成される。ガス種は、キャリアガスのみとし、まだ表面処理用ガスを混合しなくてもよい。このときは、プラズマキャピラリ４０はボンディング対象８より遠く離れており、マイクロプラズマ３００は何も作用しない（マイクロプラズマ生成工程）。
【００５０】
次にワイヤボンディングプログラムを起動させると、表面処理用ステージ１４においてボンディング用ステージ１６におけるのと同様な位置決めがなされ、最初のボンディングパッド５の真上における高い位置にプラズマキャピラリ４０が移動する（ボンディングパッド位置決め工程）。そして、制御部９０の指令により、還元性ガス、すなわち水素をキャリアガスに混合し、マイクロプラズマを還元性のマイクロプラズマ３０１とする（マイクロプラズマ設定工程）。
【００５１】
次に制御部９０の指令により、シールガス流４００がプラズマキャピラリ４０のシールガスノズル先端の環状開口７６から噴出される（シールガス設定工程）。
【００５２】
ワイヤボンディングプログラムは、次にボンディングパッド５に向けてプラズマキャピラリ４０を下降させる。ここで予め、プラズマキャピラリ４０の先端位置を、ボンディングキャピラリの先端位置よりも還元性マイクロプラズマ３０１及びシールガス流４００の作用高さ分オフセットさせておく。このことで、ワイヤボンディングプログラムがファーストボンディングする処理を行うとき、プラズマキャピラリ４０の先端は、ちょうどそのボンディングパッド５の上で、還元性マイクロプラズマ３０１とシールガス流４００との一体ガス流がそのボンディングパッド５を最適に照射し外気をシールする高さで止まる。そこで、還元性マイクロプラズマ３０１とシールガス流４００との一体ガス流が、外気からシールされた雰囲気の中でボンディングパッド５の表面の薄い酸化膜を除去し、清浄表面とする（ボンディングパッド表面処理工程）。その様子を図６（ａ）に示す。
【００５３】
次に、ワイヤボンディングプログラムは、プラズマキャピラリ４０を上方に引き上げ、ボンディングリード４の真上に移動させる（ボンディングリード位置決め工程）。
【００５４】
ワイヤボンディングプログラムは、次にボンディングリード４に向けてプラズマキャピラリ４０を下降させる。そして、プラズマキャピラリ４０の先端は、ちょうどそのボンディングリード４上で、還元性マイクロプラズマ３０１とシールガス流４００との一体ガス流がそのボンディングリード４を最適に照射し外気をシールする高さで止まる。そこで、還元性マイクロプラズマ３０１とシールガス流４００との一体ガス流が、外気からシールされた雰囲気の中でボンディングリード４の表面の汚染や異物を除去し、清浄表面とする（ボンディングリード表面処理工程）。その様子を図６（ｂ）に示す。
【００５５】
以下、ワイヤボンディングプログラムが進展するのにあわせ、制御部９０がマイクロプラズマ発生部３４を制御して、順次、各ボンディングパッド５とボンディングリード４の表面処理が進められる。そして、ワイヤボンディングプログラムが終了するときには、ボンディング対象８の全部のボンディングパッド５と、全部のボンディングリード４とが、表面処理されている（表面処理終了工程）。
【００５６】
つぎに、制御部９０の指令により、搬送機構１２は、表面処理が終了したボンディング対象８を、ボンディング用ステージ１６に搬送させ、位置決めさせる（ボンディング処理位置決め工程）。そして、ワイヤボンディングプログラムを起動させ、周知のように、ボンディングパッド５においてファーストボンディングを行い、ついでボンディングリード４においてセカンドボンディングを行う。その様子を図６（ｃ），（ｄ）に示す。このとき、ボンディングパッド５、ボンディングリード４は外気からシールされた状態で表面処理されており、再酸化、再汚染が低減された状態が保持されているので、ボンディング処理をより安定的に行うことができる。このようにしてボンディング処理が行われた様子を図６（ｅ）に示す。これを繰り返し、ワイヤボンディングプログラムが終了するときには、ボンディング対象８の全部のボンディングパッド５と、全部のボンディングリード４とに関するボンディング処理が終了する（ボンディング処理終了工程）。
【００５７】
なお、上記において、ボンディングパッド５、ボンディングリード４の表面処理を還元性マイクロプラズマ３０１による薄い酸化膜や汚染や異物の除去、として説明したが、ボンディング対象８の性質によって、別の表面処理を行ってもよい。このようなガス種やプラズマ強度等の設定は、制御部９０への入力として、ユーザが選択できるものとすることができる。
【００５８】
以上説明した本実施形態は、マイクロプラズマ３００の周囲をシールガス流４００が取り囲むような一体の流れとなって、ボンディング対象であるボンディングパッド５、ボンディングリード４に到達し、マイクロプラズマ３００に外気中の酸素分やコンタミネーションが混入することを防止すると共に、プラズマ密度の高い中心部によってボンディング対象であるボンディングパッド５、ボンディングリード４の表面の薄い酸化膜や汚染や異物などの除去処理が行われる。このため、マイクロプラズマによる表面処理におけるボンディング対象の再酸化、再汚染を低減することができ、マイクロプラズマによるボンディング対象に対する効果的な表面処理を可能にすることができる。更に、この効果的な表面処理によってボンディング処理をより安定的に行うことができるという効果を奏する。
【００５９】
また、本実施形態は、ボンディング処理部とともに、プラズマキャピラリ４０の先端部の本体開口４８からマイクロプラズマ３００を噴出させるマイクロプラズマ発生部３４と先端の環状開口７６から噴出させたシールガス流４００を噴出させるシールガス噴出部３５とを備える。したがって、１台のボンディング装置で、ボンディング対象に対し小さい領域にマイクロプラズマ３００とシールガス流４００とを照射して熱損傷、再酸化、再汚染の少ない表面処理を行う機能と、ボンディング処理機能とを備えることができ、ボンディング対象に対する効果的な表面処理とボンディング処理とを効率的に行うことが可能となるという効果を奏する。
【００６０】
また、本実施形態では、ボンディングキャピラリ２４を有するボンディングアーム２１の動作と、プラズマキャピラリ４０を有するプラズマアーム３１の動作とを、連動して制御するので、ボンディング処理との関係で効率的な表面処理を行うことが可能となる。ここで連動とは、バッチ処理ではなく同時並行的に動作することを意味しているが、同期的に動作すること、同期的ではないがほぼ同時期に順次的に動作すること等を含む。
【００６１】
また、同種類のボンディング対象をＡ、Ｂとして、その同じ部位、例えば同じボンディングパッド５について、ボンディング処理部はボンディング用ステージ１６においてボンディング処理を行い、プラズマ処理部は、表面処理用ステージ１４において表面処理を行うこととしたので、同時並行的にボンディング処理と表面処理とを行うことが可能となる。例えば、同様なシーケンスソフトウェアによって、ボンディング処理と表面処理とを実行させることができる。
【実施例２】
【００６２】
図３で説明したマイクロプラズマ発生部３４及びシールガス噴出部３５とを、バンプボンディング装置に適用することができる。バンプボンディング装置とは、フリップチップ技術において、金バンプを形成するための装置である。すなわち、チップのボンディングパッドにワイヤボンディングの原理を用いて、金ワイヤをボンディングし、それを金バンプとするもので、いわば、通常のワイヤボンディング処理においてセカンドボンディングを省略したものに相当する。したがって、図１のワイヤボンディング装置１０において、搬送機構１２によって搬送されるボンディング対象８を、完成ＬＳＩが配列された完成ウェーハとしたものに相当する。
【００６３】
ボンディング対象８を完成ウェーハとするときは、表面処理用ステージ１４において、複数の完成ＬＳＩについてそれぞれのボンディングパッド５を表面処理する。そして、１枚の完成ウェーハについて全部のボンディングパッドの表面処理が終了すれば、ボンディング用ステージ１６に搬送される。そしてそこで、複数の完成ＬＳＩについてそれぞれのボンディングパッド５についてバンプが形成される。この場合においても、図６に関連して説明したように、ボンディング用ＸＹＺ駆動機構２０に用いられるバンプボンディングプログラムを、表面処理用ＸＹＺ駆動機構３０に同様に適用して、処理を共通化できる。
【００６４】
搬送機構１２を除き、他の構成要素の内容を図１のワイヤボンディング装置１０と同様にして構成されるバンプボンディング装置の動作を図７の工程図を用いて説明する。表面処理は、表面処理用ステージ１４において、プラズマキャピラリ４０を用いて行われる。制御部９０の指令によって、還元性ガス、すなわち水素をキャリアガスに混合し、マイクロプラズマを還元性のマイクロプラズマ３０１とする。
【００６５】
そして、バンプボンディングプログラムを表面処理用ＸＹＺ駆動機構３０に適用することで、最初のＬＳＩの位置においてその最初のボンディングパッド５の真上にプラズマキャピラリ４０が来て、ついで、プラズマキャピラリ４０が下降し、ちょうどプラズマキャピラリ４０の先端は、ちょうどそのボンディングパッド５の上で、還元性マイクロプラズマ３０１とシールガス流４００との一体ガス流がそのボンディングパッド５を最適に照射し外気をシールする高さで止まる。そこで、還元性マイクロプラズマ３０１とシールガス流４００との一体ガス流が、外気からシールされた雰囲気の中でボンディングパッド５の表面の薄い酸化膜を除去し、清浄表面とする（ボンディングパッド表面処理工程）。その様子を図７（ａ）に示す。この工程は、図６（ａ）に関連して説明した内容と同じである。
【００６６】
以下、バンプボンディングプログラムが進展するのにあわせ、順次各ＬＳＩの位置においてそれぞれのボンディングパッド５を表面処理する。そして、ワイヤボンディングプログラムが終了するときには、ボンディング対象８の全部のボンディングパッド５が、表面処理されている（表面処理終了工程）。
【００６７】
つぎに、制御部９０の指令により、搬送機構１２は、表面処理が終了した完成ウェーハを、ボンディング用ステージ１６に搬送させ、位置決めさせる（ボンディング処理位置決め工程）。そして、バンプボンディングプログラムを起動させ、最初のＬＳＩの位置において、その最初のボンディングパッド５において、金ワイヤをボンディングし、金バンプを形成する。その様子を図７（ｂ）に示す。このとき、ボンディングパッド５は外気からシールされた状態で表面処理されており、再酸化、再汚染が低減された状態が保持されているので、ボンディング処理をより安定的に行うことができる。このようにしてボンディング処理が終了し、金バンプ３が形成された様子を図７（ｃ）に示す。これを繰り返し、１枚のウェーハについて全部のＬＳＩにおける全部のボンディングパッド５について金バンプ３が形成される。
【００６８】
以上説明した本実施形態も先に説明した実施形態と同様に、マイクロプラズマによる表面処理におけるボンディング対象の再酸化、再汚染を低減することができ、マイクロプラズマによるボンディング対象に対する効果的な表面処理を可能にすることができるという効果を奏する。
【実施例３】
【００６９】
図３で説明したマイクロプラズマ発生部３４及びシールガス噴出部３５とを、フリップチップボンディング装置に適用することができる。フリップチップボンディング装置は、図７で説明したようにバンプが形成されたチップを、回路基板にフェースダウンする装置である。したがって、この場合には、接続されるのは、半導体チップ６のバンプ３と、ボンディングリード４である。そして、フェースダウンするためにチップは反転され、またフェースダウンボンディングのためのボンディングツールは、ボンディングキャピラリではなくて、フェースダウンされたチップを保持するコレットとなる。このように、フリップチップボンディング装置の具体的構成は、かなり図１のワイヤボンディング装置と異なる。
【００７０】
フリップチップボンディング装置においてマイクロプラズマ発生部３４を適用する局面は、チップを反転してコレットで保持する前に、チップのバンプ３について表面処理するときと、コレットでフェースダウンボンディングする前にボンディングリード４について表面処理するときである。
【００７１】
図８に、フリップチップボンディング装置においてマイクロプラズマ発生部３４を適用する場合の手順を示す。最初に、半導体チップ６のボンディングパッド５上のバンプ３について、プラズマキャピラリ４０から還元性マイクロプラズマ３０１及びシールガス流４００を照射する。その様子を図８（ａ）に示す。そして、表面処理が終了した半導体チップ６は反転され、コレット２６によってフェースダウン状態で保持される。フェースダウン状態とは、バンプ３が下向きであることである。コレット２６の半導体チップ６の保持は、真空吸引で行うことができる。その様子を図８（ｂ）に示す。
【００７２】
そして、次に回路基板のボンディングリード４について上記と同様に表面処理が行なわれる。その様子を図８（ｃ）に示す。そして、フェースダウンで保持された半導体チップ６を、このボンディングリード４に対し位置決めし、フェースダウンボンディングする。その様子を図８（ｄ）に示す。ボンディングリード４に半導体チップ６のバンプ３が接合された様子を図８（ｅ）に示す。
【００７３】
以上説明した本実施形態も先に説明した実施形態と同様に、マイクロプラズマによる表面処理におけるボンディング対象の再酸化、再汚染を低減することができ、マイクロプラズマによるボンディング対象に対する効果的な表面処理を可能にすることができるという効果を奏する。
【実施例４】
【００７４】
図９に他の実施形態のプラズマキャピラリ４０を示す。図３，４に示したプラズマキャピラリの実施形態と同様部分には同様の符号を付して説明は省略する。図９に示すように、この実施施形態は、プラズマキャピラリ４０は、プラズマ発生用の外部及び内部電極５６，５４とシールガスノズル７４とがガスの流れ方向に沿って並列に配置されたものである。図９に示すように、シールガスノズル７４の上端は外部電極５６とパイプ５８との間のプラズマキャピラリ本体４２に固定されており、プラズマキャピラリ本体４２の外面に取り付けられた外部電極５６の外側に円筒上のシールガスノズル７４が形成されている。外部電極５６への給電線はシールガスノズル７４を貫通している。このため、シールガスノズル７４とプラズマキャピラリ本体４２との間の環状流路の中に外部電極５６が入ることとなって全体の長さが短くなる。また、外部及び内部電極５６，５４の下端と本体開口４８との距離が短くなるので、本体開口４８におけるプラズマ強度を高く保つことができる。本実施形態において、環状開口７６からのシールガス流４００の流速を高くしたい時には先端をノズル形状に絞っても好適である。
【００７５】
本実施形態のプラズマキャピラリ４０を用いたボンディング装置１０の動作、及び効果は上記の各実施形態と同様である。
【実施例５】
【００７６】
図１０に他の実施形態のマイクロプラズマ発生部３４及びシールガス噴出部３５を示す。マイクロプラズマ発生部３４は、図３，４に示した実施形態と同様にプラズマアーム３１の先端のプラズマキャピラリ４０、及びこれに接続されるガス供給部６０、高周波電力供給部８０を含んで構成され、シールガス噴出部３５はプラズマキャピラリ４０先端のシールガスノズル７４、シールガス供給部８６を含んで構成される。以下、図３，４と同様の部分には同様の記号を付して説明は省略する。
【００７７】
図１０に示すように、プラズマキャピラリ４０は、絶縁体からなる筒状のプラズマキャピラリ本体４２と、その外周に巻回される高周波コイル５０と、プラズマキャピラリ本体４２の先端部４６の外周に取り付けられたシールガスノズル７４とを含んで構成される。
【００７８】
プラズマキャピラリ本体４２は、マイクロプラズマの源となるガスが供給されるプラズマ用ガス供給口４４を有し、高周波コイル５０が巻回される部分を除けばほぼボンディングキャピラリ２４と同じ寸法、同じ形状を有する。寸法の一例を上げると、長さが約１１ｍｍ、太い部分の直径が約１．６ｍｍ、プラズマ用ガス供給口４４のガス供給側の直径が約０．８ｍｍ、先端部の開口４８の直径が約０．０５ｍｍである。材質もボンディングキャピラリ２４と同様に、アルミナ等のセラミックを用いることができる。
【００７９】
プラズマキャピラリ本体４２に巻回される高周波コイル５０は、巻数が数ターンの導線である。なお、図１０には図示されていなが、プラズマ点火用の点火装置が高周波コイルの近傍に配置される。
【００８０】
高周波電力供給部８０は、プラズマキャピラリ４０に、巻回された高周波コイル５０に、マイクロプラズマの生成を持続するための高周波電力を供給する機能を有し、整合回路８２と高周波電源８４を含んで構成される。整合回路８２は、高周波コイル５０に高周波電力を供給するときの電力反射を抑制するための回路で、例えば高周波コイル５０との間でＬＣ共振回路を構成する回路が用いられる。高周波電源８４は、例えば１３．５６ＭＨｚ，１００ＭＨｚ，４５０ＭＨｚ等の周波数の電源を用いることができる。供給する電力の大きさは、ガス供給部６０から供給されるガスの流量、マイクロプラズマの安定性等を考慮して決定される。高周波電源８４の制御は、制御部９０の下で行われる。ガス供給部６０、シールガス供給部８６は図３，４にて説明した実施形態と同様である。
【００８１】
図１１は、マイクロプラズマ発生部３４及びシールガス噴出部３５の作用として、プラズマキャピラリ４０の内部で生成されるマイクロプラズマ３００とシールガスノズル７４の先端の環状開口７６から噴出するシールガスが半導体チップ６のボンディングパッド５に照射される様子を示す図である。マイクロプラズマ３００を生成するには、次の手順が行われる。最初にガス供給部６０を制御し、適当な流量のガスをプラズマキャピラリ４０のプラズマ用ガス供給口４４に供給する。供給されたガスは、先端部の開口４８から外部に流れる。ついで、高周波電力供給部８０を制御し、適当な高周波電力を高周波コイル５０に供給する。これらの適当な条件は予め実験で求めておくことができる。そして、供給されたガスの条件と、高周波電力の条件が適当であると、流れているガスに高周波電力によるマイクロプラズマ３００が生成される。供給されるガスがプラズマ化するプラズマ領域５２は、おおよそ高周波コイル５０の配置された位置から、ガスの下流側である。生成されたマイクロプラズマ３００は、プラズマキャピラリ４０の本体開口４８から噴出し、広がりながらボンディングパッド５に向かって流れていく。
【００８２】
一方、シールガス流の生成は、最初にシールガス供給部８６を制御し、適当な流量のガスをプラズマキャピラリ４０のシールガス供給パイプに７２に供給する。供給されたシールガスは、シールガスノズル７４の中の円環状の流路を流れて先端の環状開口７６から円環状のシールガス流４００として噴出する。噴出したシールガス流４００は、円環状の断面の外径が広がり、内径が小さくなるようにその流路幅を広げながらボンディングパッド５に向かって流れていく。そしてプラズマキャピラリ４２の本体開口４８とボンディングパッド５との間でマイクロプラズマ３００の外周部に接し、マイクロプラズマ３００の周囲をシールガス流４００が取り囲むような一体の流れとなって、ボンディングパッド５に到達する。図１１の下のグラフに示すように、この一体のガス流は、中心部にはシールガスが入ってこないのでプラズマ密度が高く、周辺はシールガス流４００とマイクロプラズマ３００が混合してプラズマ密度が次第に低くなり、外周面はシールガスのみが流れている。このような流れとなることによって、マイクロプラズマ３００に外気中の酸素分やコンタミネーションが混入することを防止している。そして、ボンディングパッド５にはプラズマ密度の高い中心部が当たり表面の酸化膜等の除去処理が行われる。
【００８３】
本実施形態のプラズマキャピラリ４０を用いたボンディング装置１０の動作は、及び効果は上記の各実施形態と同様である。
【実施例６】
【００８４】
図１２に図１１に示したプラズマキャピラリ４０の他の実施形態を示す。図１１に示したプラズマキャピラリの実施形態と同様部分には同様の符号を付して説明は省略する。図１２に示すように、この実施施形態は、プラズマキャピラリ４０は、プラズマ発生用の高周波コイル５０とシールガスノズル７４とがガスの流れ方向に沿って並列に配置されたものである。図１２に示すように、シールガスノズル７４は高周波コイル５０のガス上流側のプラズマキャピラリ本体４２に固定されており、プラズマキャピラリ本体４２の外面に取り付けられた高周波コイル５０の外側に円筒上のシールガスノズル７４が形成されている。高周波コイル５０への給電線はシールガスノズル７４を貫通している。このため、シールガスノズル７４とプラズマキャピラリ本体４２との間の環状流路の中に高周波コイル５０が入ることとなって全体の長さが短くなる。また、高周波コイル５０下端と本体開口４８との距離が短くなるので、本体開口４８におけるプラズマ強度を高く保つことができる。本実施形態において、環状開口７６からのシールガス流４００の流速を高くしたい時には先端をノズル形状に絞っても好適である。
【００８５】
本実施形態のプラズマキャピラリ４０を用いたボンディング装置１０の動作、及び効果は上記の各実施形態と同様である。
【実施例７】
【００８６】
図１３は、表面処理とボンディング処理とを行うことができるワイヤボンディング装置２００の他の実施形態の構成図である。図１に示したワイヤボンディング装置１０と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。なお、ワイヤボンディング装置２００の構成要素ではないが、ボンディング対象８として基板に搭載されたチップが図示されている。ワイヤボンディング装置２００は、ボンディング対象８に対し、ボンディングを行う狭い領域、具体的にはチップのボンディングパッドと基板のボンディングリードに、ボンディング処理前の表面処理をプラズマ化したガスの作用により行い、その後にボンディング処理を行う機能を有するワイヤボンディング装置である。
【００８７】
より具体的には、ボンディングパッド及びボンディングリードに対する表面処理として、その表面の酸化膜や汚染や異物等を除去処理し、その後にボンディングワイヤと同じ材料を堆積させる処理を行う。そしてその表面について除去・堆積処理のされたボンディングパッド及びボンディングリードにボンディングワイヤを接続処理する機能を有する。ボンディングワイヤとしては金やアルミニウム等の細線を用いることができる。
【００８８】
ワイヤボンディング装置２００は、図１に示したワイヤボンディング装置１０に、更にプラズマキャピラリ４０に挿通されるボンディングワイヤの位置を変更する位置変更部２０６を含んで構成され、位置変更部２０６は制御部９０に接続されている。
【００８９】
図１４は位置変更部２０６を含む表面処理に関する要素を抜き出して示す図である。表面処理に関係する要素は、プラズマキャピラリ４０の内部で表面処理用のマイクロプラズマを発生させ、これを先端部開口から噴出させてボンディング対象に照射するマイクロプラズマ発生部３４と、噴出したマイクロプラズマの周囲を取り囲んでマイクロプラズマを外気からシールするシールガスを噴出させるためのシールガス噴出部３５と、マイクロプラズマが生成されるプラズマ領域とボンディングワイヤ２の先端位置との関係を変更する位置変更部２０６とに大別される。
【００９０】
位置変更部２０６は、ボンディングワイヤ２を供給するスプール２０８、ボンディングワイヤ２の動きをクランプ又は解放するクランパ２１０、スプール２０８の回転、クランパ２１０の開閉等を行うワイヤ位置駆動部２１２を含んで構成される。ワイヤ位置駆動部２１２の動作指令は制御部９０の制御の下で行われ、これによってスプール２０８の正逆回転の方向、回転量、クランパ２１０の開閉のタイミング等が制御され、ボンディングワイヤ２の先端位置をプラズマキャピラリ４０の中で上下させることができる。
【００９１】
マイクロプラズマ発生部３４は図１０で説明した、プラズマキャピラリ本体４２の先端付近の外面にプラズマ発生用の高周波コイル５０取り付けたものと同様である。また、シールガス噴出部３５も図１０で説明したものと同様である。
【００９２】
図１５，１６は、マイクロプラズマ発生部３４及びシールガス噴出部３５の作用として、プラズマキャピラリ４０の内部で生成されるマイクロプラズマ３０１，３０３とシールガスノズル７４の先端の環状開口７６から噴出するシールガスが半導体チップ６のボンディングパッド５に照射される様子を示す図である。ここで、図１５は表面の酸化膜等の除去処理における還元性マイクロプラズマ３０１の生成の様子、図１６は堆積処理におけるスパッタされたボンディングワイヤ２の材料の微粒子、例えばスパッタされた金の微粒子を含むマイクロプラズマ３０３の生成の様子を示す。
【００９３】
還元性マイクロプラズマ３０１を生成するには、次の手順が行われる。最初にガス供給部６０を制御し、適当な流量のキャリアガスと還元性ガスをプラズマキャピラリ４０のプラズマ用ガス供給口４４に供給する。供給されたガスは、先端部の開口４８から外部に流れる。ついで、高周波電力供給部８０を制御し、適当な高周波電力を高周波コイル５０に供給する。これらの適当な条件は予め実験で求めておくことができる。そして、供給されたガスの条件と、高周波電力の条件が適当であると、流れているガスに高周波電力による還元性マイクロプラズマ３０１が生成される。供給されるガスがプラズマ化するプラズマ領域５２は、おおよそ高周波コイル５０の配置された位置から、ガスの下流側である。生成された還元性マイクロプラズマ３０１は、プラズマキャピラリ４０の本体開口４８から噴出し、広がりながらボンディングパッド５に向かって流れていく。
【００９４】
一方、シールガス流の生成は、最初にシールガス供給部８６を制御し、適当な流量のガスをプラズマキャピラリ４０のシールガス供給パイプに７２に供給する。供給されたシールガスは、シールガスノズル７４の中の円環状の流路を流れて先端の環状開口７６から円環状のシールガス流４００として噴出する。噴出したシールガス流４００は、円環状の断面の外径が広がり、内径が小さくなるようにその流路幅を広げながらボンディングパッド５に向かって流れていく。そしてプラズマキャピラリ４２の本体開口４８とボンディングパッド５との間で還元性マイクロプラズマ３０１の外周部に接し、還元性マイクロプラズマ３０１の周囲をシールガス流４００が取り囲むような一体の流れとなって、ボンディングパッド５に到達する。図１５の下のグラフに示すように、この一体のガス流は、中心部にはシールガスが入ってこないのでプラズマ密度が高く、周辺はシールガス流４００と還元性マイクロプラズマ３０１が混合してプラズマ密度が次第に低くなり、外周面はシールガスのみが流れている。このような流れとなることによって、還元性マイクロプラズマ３０１に外気中の酸素分やコンタミネーションが混入することを防止している。そして、ボンディングパッド５にはプラズマ密度の高い中心部が当たり表面の酸化膜等の除去処理が行われる。
【００９５】
一方、堆積処理を行うときは、図１６に示すように、ボンディングワイヤ２は、位置変更部２０６によって、プラズマ領域５２の中にその先端が位置するように、プラズマキャピラリ４０の内部に挿入される。また、例えばボンディングワイヤ２が金線であるとすると、還元性マイクロプラズマ３０１により、プラズマ領域５２においてボンディングワイヤ２の材料が微粒子化し、そのスパッタされた金の微粒子を含むマイクロプラズマ３０３が先端部の本体開口４８から噴出し、ボンディング対象の表面にボンディングワイヤ２と同じ材料の金が堆積する。この際、表面の酸化物等の除去処理の場合と同様に、表面のシールガス流４００が環状開口７６から噴出し、堆積した金が外気中の酸素分によって酸化されたり、外気中のコンタミネーションが混入して一緒に堆積されたりしないようにする。
【００９６】
上記構成のワイヤボンディング装置１００の動作について図１７を用いて説明する。図１７は、表面の除去処理と堆積処理を含む表面処理と、ボンディング処理とを連動して行わせる手順を示す工程図である。ワイヤボンディングを行うには、ワイヤボンディング装置１００を起動させ、搬送機構１２によってボンディング対象８を表面処理用ステージ１４に搬送し、位置決めする（表面処理位置決め工程）。
【００９７】
そして、制御部９０の指令により、マイクロプラズマ発生部３４の起動が行われ、プラズマキャピラリ４０においてマイクロプラズマが生成される。これに先立ち、ボンディングワイヤ２は、位置変更部２０６の機能により、プラズマキャピラリ４０の内部で十分高い位置に引き上げられている。ガス種は、キャリアガスのみとし、まだ表面処理用ガスを混合しなくてもよい。このときは、プラズマキャピラリ４０はボンディング対象８より遠く離れており、マイクロプラズマは何も作用しない（マイクロプラズマ生成工程）。
【００９８】
次にワイヤボンディングプログラムを起動させると、表面処理用ステージ１４においてボンディング用ステージ１６におけるのと同様な位置決めがなされ、最初のボンディングパッド５の真上における高い位置にプラズマキャピラリ４０が移動する（ボンディングパッド位置決め工程）。そして、制御部９０の指令により、ガス種を還元性ガス、すなわち水素とし、これをキャリアガスに混合し、マイクロプラズマを還元性マイクロプラズマ３０１とする（マイクロプラズマ設定工程）。
【００９９】
ワイヤボンディングプログラムは、次にボンディングパッド５に向けてプラズマキャピラリ４０を下降させる。ここで予め、プラズマキャピラリ４０の先端位置を、ボンディングキャピラリの先端位置よりも還元性マイクロプラズマ３０１及びシールガス流４００の作用高さ分オフセットさせておく。このことで、ワイヤボンディングプログラムがファーストボンディングする処理を行うとき、プラズマキャピラリ４０の先端は、ちょうどそのボンディングパッド５の上で、還元性マイクロプラズマ３０１とシールガス流４００との一体ガス流がそのボンディングパッド５を最適に照射し外気をシールする高さで止まる。そこで、還元性マイクロプラズマ３０１とシールガス流４００との一体ガス流が、外気からシールされた雰囲気の中でボンディングパッド５の表面の薄い酸化膜を除去し、清浄表面とする（ボンディングパッド表面処理工程）。その様子を図１７（ａ）に示す。
【０１００】
ついで、制御部９０が位置変更部２０６に指示を与え、ボンディングワイヤ２の先端がプラズマキャピラリ４０のプラズマ領域５２の中に挿入されるように、ボンディングワイヤ２の先端位置を変更させる。ボンディングワイヤ２が金の細線であるとして、マイクロプラズマは還元雰囲気であるので、ここでプラズマ領域５２に挿入されたボンディングワイヤ２の部分は還元性マイクロプラズマ３０１の作用を受け、微粒子化する。そしてスパッタされた金の微粒子を含むマイクロプラズマ３０３がボンディングパッド５に向けて照射され、これにより、ボンディングパッド５の清浄表面上に、ボンディングワイヤ２と同じ材料が堆積し、金薄膜が形成される。この際マイクロプラズマ３０３の周囲はシールガス流４００によって外気からシールされている（ボンディングパッド表面堆積処理工程）。その様子を図１７（ｂ）に示す。
【０１０１】
次に、ワイヤボンディングプログラムは、プラズマキャピラリ４０を上方に引き上げ、ボンディングリード４の真上に移動させる（ボンディングリード位置決め工程）。これに先立ち、制御部９０が位置変更部２０６に指示を与え、ボンディングワイヤ２の先端がプラズマキャピラリ４０のプラズマ領域５２の外になるように、ボンディングワイヤ２の先端位置を変更させる。
【０１０２】
ワイヤボンディングプログラムは、次にボンディングリード４に向けてプラズマキャピラリ４０を下降させる。そして、プラズマキャピラリ４０の先端は、プラズマキャピラリ４０の先端は、ちょうどそのボンディングパッド５の上で、還元性マイクロプラズマ３０１とシールガス流４００との一体ガス流がそのボンディングパッド５を最適に照射し外気をシールする高さで止まる。そこで、還元性マイクロプラズマ３０１とシールガス流４００との一体ガス流が、外気からシールされた雰囲気の中でボンディングリード４の表面の汚染や異物等を除去し、清浄表面とする（ボンディングリード表面除去処理工程）。その様子を図１７（ｃ）に示す。
【０１０３】
ついで、制御部９０が位置変更部２０６に指示を与え、ボンディングワイヤ２の先端がプラズマキャピラリ４０のプラズマ領域５２の中に挿入されるように、ボンディングワイヤ２の先端位置を変更させる。マイクロプラズマは還元雰囲気であるので、ここでプラズマ領域５２に挿入されたボンディングワイヤ２の部分は還元性マイクロプラズマ３０１の作用を受け、微粒子化する。そしてスパッタされた金の微粒子を含むマイクロプラズマ３０３がボンディングリード４に向けて照射され、これにより、ボンディングリード４の清浄表面上に、ボンディングワイヤ２と同じ材料が堆積し、金薄膜が形成される。この際マイクロプラズマ３０３の周囲はシールガス流４００によって外気からシールされている（ボンディングパッド表面堆積処理工程）。その様子を図１７（ｄ）に示す。
【０１０４】
以下、ワイヤボンディングプログラムが進展するのにあわせ、制御部９０がマイクロプラズマ発生部３４及び位置変更部２０６を制御して、マイクロプラズマの特性を表面の除去処理用と堆積処理用に切り換えることで、順次、各ボンディングパッド５とボンディングリード４の表面について表面の除去処理と堆積処理が進められる。そして、ワイヤボンディングプログラムが終了するときには、ボンディング対象８の全部のボンディングパッド５と、全部のボンディングリード４とについて、表面の酸化膜など除去処理と堆積処理とが終了する（表面処理終了工程）。
【０１０５】
つぎに、制御部９０の指令により、搬送機構１２は、表面処理が終了したボンディング対象８を、ボンディング用ステージ１６に搬送させ、位置決めさせる（ボンディング処理位置決め工程）。そして、ワイヤボンディングプログラムを起動させ、周知のように、ボンディングパッド５においてファーストボンディングを行い、ついでボンディングリード４においてセカンドボンディングを行う（ボンディング処理工程）。その様子を図１７（ｅ），（ｆ）に示す。このとき、各ボンディングパッド５、各ボンディングリード４においては、外気からシールされた状態で表面の酸化膜が除去され、その上にボンディングワイヤ２と同じ材料が薄膜状に堆積しており、ボンディング処理をより安定的に行うことができる。このようにしてボンディング処理が行われた様子を図１７（ｇ）に示す。これを繰り返し、ワイヤボンディングプログラムが終了するときには、ボンディング対象８の全部のボンディングパッド５と、全部のボンディングリード４とに関するボンディング処理が終了する（ボンディング処理終了工程）。
【０１０６】
以上説明した本実施形態は、還元性マイクロプラズマ３０１の周囲をシールガス流４００が取り囲むような一体の流れとなって、ボンディング対象であるボンディングパッド５、ボンディングリード４に到達し、還元性マイクロプラズマ３０１に外気中の酸素分やコンタミネーションが混入することを防止すると共に、プラズマ密度の高い中心部によってボンディング対象であるボンディングパッド５、ボンディングリード４の表面の汚染や異物などの除去処理が行われる。また同様にシールガス流を流した状態でボンディングワイヤ２と同じ材料を表面に堆積させることができる。このため、マイクロプラズマによる表面の除去処理、堆積処理においてボンディング対象の再酸化、再汚染を低減することができ、マイクロプラズマによるボンディング対象に対する効果的な表面処理を可能にすることができる。更に、この効果的な表面処理によってボンディング処理をより安定的に行うことができるという効果を奏する。
【０１０７】
また、本実施形態は、プラズマキャピラリ４０の先端部の本体開口４８からマイクロプラズマ３００を噴出させるマイクロプラズマ発生部３４と先端の環状開口７６から噴出させたシールガス流４００を噴出させるシールガス噴出部３５とを備える。したがって、１台のボンディング装置で、ボンディング対象に対し小さい領域にマイクロプラズマ３０１とシールガス流４００とを照射して熱損傷、再酸化、再汚染の少ない除去処理及び堆積処理を行う機能とボンディング処理機能と、を備えることができ、ボンディング対象に対する効果的な表面処理とボンディング処理とを効率的に行うことが可能となるという効果を奏する。
【実施例８】
【０１０８】
図１３の２ステージ型ワイヤボンディング装置２００を基本として、バンプボンディング装置を構成することができる。すなわち、図１３のワイヤボンディング装置２００において、搬送機構１２によって搬送されるボンディング対象８を、完成ＬＳＩが配列された完成ウェーハとしたものに相当する。
【０１０９】
ボンディング対象８を完成ウェーハとするときは、ボンディング用ステージ２４において、複数の完成ＬＳＩにおけるそれぞれのボンディングパッド５について、表面の除去処理−堆積処理−ボンディング処理が行われる。搬送機構１２を除き、他の構成要素の内容を図１３のワイヤボンディング装置２００と同様にして構成されるバンプボンディング装置の動作を図１８の工程図に示す。
【０１１０】
図１８において、（ａ）は、プラズマキャピラリ４０の内部においてボンディングワイヤ２の先端位置をプラズマ領域５２の外側に設定し、還元性マイクロプラズマを３０１によってボンディングパッド５の表面の酸化膜を除去する工程である。この内容は、図１７（ａ）に関連して説明したものと同様である。
【０１１１】
また、図１８（ｂ）は、ボンディングワイヤ２を金の細線として、キャピラリ４０の内部においてボンディングワイヤ２の先端位置をプラズマ領域５２の内部に設定し、ボンディングパッド５の表面に、ボンディングワイヤ２と同じ材料を堆積させる工程である。この内容は、図１７（ｂ）に関連して説明したものと同様である。
【０１１２】
以下、バンプボンディングプログラムが進展するのにあわせ、順次各ＬＳＩの位置においてそれぞれのボンディングパッド５について、表面の除去処理と堆積処理が行われる。そして、バンプボンディングプログラムが終了するときには、ボンディング対象８の全部のボンディングパッド５について、表面の除去処理と堆積処理が終了する。
【０１１３】
つぎに、制御部９０の指令により、搬送機構１２は、表面処理が終了した完成ウェーハを、ボンディング用ステージ１６に搬送させ、位置決めさせる。そして、バンプボンディングプログラムを起動させ、最初のＬＳＩの位置において、その最初のボンディングパッド５において、金ワイヤをボンディングし、金バンプを形成する。その様子を図１８（ｃ）に示す。このとき、ボンディングパッド５においては表面酸化膜が予め除去され、その上に金薄膜が堆積しているので、ボンディング処理をより安定的に行うことができる。このようにしてボンディング処理が終了し、金バンプ３が形成された様子を図１８（ｄ）に示す。これを繰り返し、１枚のウェーハについて全部のＬＳＩにおける全部のボンディングパッド５について金バンプ３が形成される。
【０１１４】
以上説明した本実施形態も先に説明した実施形態と同様に、マイクロプラズマによる表面処理におけるボンディング対象の再酸化、再汚染を低減することができ、マイクロプラズマによるボンディング対象に対する効果的な表面処理を可能にすることができるという効果を奏する。
【実施例９】
【０１１５】
図１４で説明した位置変更部２０６とマイクロプラズマ発生部３４とシールガス噴出部３５を、フリップチップボンディング装置に適用することができる。フリップチップボンディング装置において、位置変更部２０６と、マイクロプラズマ発生部３４と、シールガス噴出部３５とを適用する局面は、チップを反転してコレットで保持する前に、チップのバンプ３について表面の除去処理と堆積処理を行うときと、コレットでフェースダウンボンディングする前にボンディングリード４について表面の除去処理と堆積処理を行うときである。図１２に、フリップチップボンディング装置において、位置変更部２０６とマイクロプラズマ発生部３４とを適用する場合の手順を示す。
【０１１６】
図１９において、（ａ）は、ボンディングパッド５上の金バンプ３についてその表面を除去して清浄化する工程である。プラズマキャピラリ４０の内部においてボンディングワイヤ２の先端位置をプラズマ領域５２の外側に設定し、照射対象が金バンプ３となったことを除けば、図１７（ａ）に関連して説明したものと同様である。
【０１１７】
また、図１９（ｂ）は、ボンディングワイヤ２が金の細線として、キャピラリ４０の内部においてボンディングワイヤ２の先端位置をプラズマ領域５２の内部に設定し、還元性のマイクロプラズマ３０１によって清浄化された金バンプ３の表面に、ボンディングワイヤ２と同じ材料を堆積させる工程である。この内容も、照射対象が金バンプ３となったことを除けば、図１７（ｂ）に関連して説明したものと同様である。
【０１１８】
そして、全バンプ３について表面の除去処理と堆積処理が終了した半導体チップ６は反転され、コレット２６によってフェースダウン状態で保持される。フェースダウン状態とは、バンプ３が下向きであることである。コレット２６の半導体チップ６の保持は、真空吸引で行うことができる。その様子を図１９（ｃ）に示す。
【０１１９】
そして、次に回路基板のボンディングリード４について表面処理が行なわれる。図１９（ｄ）は、プラズマキャピラリ４０の内部においてボンディングワイヤ２の先端位置をプラズマ領域５２の外側に設定し、ボンディングリード４についてその表面の除去処理をする工程である。この内容は、図１７（ｃ）に関連して説明したものと同様である。
【０１２０】
また、図１９（ｅ）は、キャピラリ４０の内部においてボンディングワイヤ２の先端位置をプラズマ領域５２の内部に設定し、還元性マイクロプラズマ３０１によってボンディングリード４の表面に、ボンディングワイヤ２と同じ材料を堆積させる工程である。この内容も、図１７（ｄ）に関連して説明したものと同様である。
【０１２１】
そして、フェースダウンで保持された半導体チップ６を、このボンディングリード４に対し位置決めし、フェースダウンボンディングする。その様子を図１９（ｆ）に示す。ボンディングリード４に半導体チップ６のバンプ３が接合された様子を図１９（ｇ）に示す。
【０１２２】
以上説明した本実施形態も先に説明した実施形態と同様に、マイクロプラズマによる表面処理におけるボンディング対象の再酸化、再汚染を低減することができ、マイクロプラズマによるボンディング対象に対する効果的な表面処理を可能にすることができるという効果を奏する。
【実施例１０】
【０１２３】
上記の各実施形態においては、表面処理用ステージとボンディング用ステージとをそれぞれ設定し、それぞれにおいて表面処理用ＸＹＺ駆動機構とボンディング用ＸＹＺ駆動機構を用いて、プラズマアームとボンディングアームとを連動、すなわちプラズマキャピラリとボンディングキャピラリとを連動して動作させている。すなわち、同じ種類のボンディング対象の別々の個体について、表面処理とボンディング処理とを平行して行っている。
【０１２４】
これに対し、同じ処理ステージ上で、同じボンディング対象の個体について、表面処理とボンディング処理とを連動して行うことも可能である。図２０は、１つのＸＹＺ駆動機構１０２、１つのアーム１０３、１つの処理ステージ１０６を備える１ステージ型のワイヤボンディング装置１００の構成を示す図である。これと比較する意味で、図１のワイヤボンディング装置１０を２ステージ型と呼ぶことができる。以下において図１と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１２５】
１ステージ型のワイヤボンディング装置１００において、アーム１０３は、１つのアーム本体１０４に、ボンディングキャピラリ２４とプラズマキャピラリ４０の双方が取り付けられる。その様子を図２０に示す。ここで、プラズマキャピラリ４０と、ガス供給部６０、高周波電力供給部８０とでマイクロプラズマ発生部３４を構成すること、プラズマキャピラリ４０の先端のシールガスノズル７４とシールガス供給部８６とでシールガス噴出部３５を構成すること、及びその内容は、図３、図１０に関連して説明したものと同じである。
【０１２６】
図２１のように、１つのアーム１０３がボンディングキャピラリ２４とプラズマキャピラリ４０とを有することで、ＸＹＺ駆動機構が１つで済み、構成が簡単となる。この場合の表面処理とボンディング処理の手順は、一般的には逐次交互的に行うことができる。例えば、１つのボンディングパッドについてプラズマキャピラリ４０を位置決めしてボンディングパッドの表面処理を行い、その後アーム１０３を移動させて対応するボンディングリードにプラズマキャピラリ４０を位置決めしてボンディングリードの表面処理を行う。このようにして１組のボンディングパッドとボンディングリードの表面処理が終わると、次にアーム１０３を移動させボンディングキャピラリ２４の位置をそのボンディングパッドのところに戻してワイヤのファーストボンディングを行い、続けて、ボンディングキャピラリ２４の位置をそのボンディングリードのところに移してセカンドボンディングを行う。
【０１２７】
すなわち、２ステージ型ワイヤボンディング装置１０の動作に関連して説明した図６の手順において、（ａ）から（ｅ）を繰り返す。この手順は、表面処理−ボンディング処理−表面処理−ボンディング処理−というように、表面処理とボンディング処理とを交互に行い、そしてこれを、ボンディングパッドとボンディングリードの１組ごとに逐次的に行う。この方法は、ボンディングパッド及びボンディングリードについて、その表面処理の後、ボンディング処理までの時間を短くでき、表面処理の後に酸化膜や異物等が再付着する機会を更に減らしてボンディングを行うことができる。
【０１２８】
図２１に示す構成は、１つのアーム本体１０４にボンディングキャピラリ２４とプラズマキャピラリ４０との双方が近接して平行に配置される。ボンディングキャピラリ２４に対しプラズマキャピラリ４０を傾けて取り付け、ボンディングキャピラリ２４の向かう先と、プラズマキャピラリ４０の向かう先をほぼ同じにすることで、アーム１０３の移動駆動はより簡単になる。すなわち、アーム１０３を移動させることなく、同じボンディングパッド又はボンディングリードに対し、プラズマキャピラリ４０からマイクロプラズマを照射して表面処理を行い、その後マイクロプラズマの生成を止めて、ボンディングキャピラリ２４を用いてワイヤをボンディングすることができる。
【０１２９】
図２１の構成においては、１つのアーム本体１０４にボンディングキャピラリ２４とプラズマキャピラリ４０との双方が取り付けられるので、例えばアーム本体１０４が超音波エネルギをその先端側に効率よく伝達するためのホーンを兼ねる場合には、そのエネルギ伝達効率がプラズマキャピラリ４０の存在によって必ずしも最適とならないことがありえる。したがって、図２１の構成を用いるワイヤボンディング装置は、超音波エネルギを用いない方式、例えば熱圧着方式の場合に好適である。また、熱圧着を超音波エネルギによって支援する装置においても適用できる。
【０１３０】
図２２は、１ステージ型ワイヤボンディング装置において、他のアーム構成の例を示す図である。この装置におけるアーム１２０は、基部１２２が共通で、ボンディングキャピラリ２４用のボンディングアーム本体１２４と、プラズマキャピラリ４０用のプラズマアーム本体１２６との２つが相互に干渉しないように分離して取り付けられる。基部１２２は、共通のＸＹＺ駆動機構に取り付けられる。
【０１３１】
図２２に示す構成によれば、超音波エネルギを主体にしてボンディング処理を行う方式のボンディング装置においても、プラズマキャピラリ４０の影響をなくして、ボンディングアーム本体１２４の形状を最適に設定できる。
【０１３２】
なお、図２２では、ボンディングキャピラリ２４に対しプラズマキャピラリ４０を傾けて取り付け、ボンディングキャピラリ２４の向かう先と、プラズマキャピラリ４０の向かう先をほぼ同じにする場合を示した。このようにすることで、上記のように、アーム１２０の移動駆動をより簡単にできる。もちろん、ボンディングキャピラリ２４とプラズマキャピラリ４０とを平行に配置してもよい。
【０１３３】
また、図２３に示すように、図２３において説明したワイヤボンディング装置１００に、更に、プラズマキャピラリ４０にワイヤの位置変更部２０６を取付け、これを制御部９０と接続して、ボンディング対象の表面の酸化膜等を除去処理した後にボンディングワイヤと同じ材料を堆積させる処理を行うことができるようにするワイヤボンディング装置１１０とすることができる。
【０１３４】
本実施形態は、先に説明した実施形態に加えて、同一のボンディング対象についてボンディング処理と表面処理とを連動して行わせるので、例えば１つのチップについて表面処理とボンディング処理とを同時並行的、あるいは順次行うことができ、表面処理の直後にボンディング処理を行うことが可能となるという効果を奏する。また、ボンディングアームとプラズマアームを一体として移動させるので、移動機構が簡単なものとなるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本発明に係る実施の形態において、表面処理とボンディング処理とを行うことができるワイヤボンディング装置の構成図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、プラズマキャピラリを先端に有するプラズマアームを示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、マイクロプラズマ発生部とシールガス噴出部の全体構成を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、プラズマキャピラリの内部で生成されるマイクロプラズマとシールガスノズルの先端の環状開口から噴出するシールガスが半導体チップのボンディングパッドに照射される様子を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態において、ボンディング対象にマイクロプラズマとシールガスが照射される様子を示す図である。
【図６】本発明に係る実施の形態において、表面処理とボンディング処理とを連動して行わせる手順を示す工程図である。
【図７】他の実施形態として、バンプボンディング装置の動作を示す工程図である。
【図８】他の実施形態として、フリップチップボンディング装置の動作を示す工程図である。
【図９】他の実施形態として、他の実施形態のプラズマキャピラリの内部で生成されるマイクロプラズマとシールガスノズルの先端の環状開口から噴出するシールガスが半導体チップのボンディングパッドに照射される様子を示す図である。
【図１０】他の実施形態として、他の実施形態のマイクロプラズマ発生部とシールガス噴出部の全体構成を示す図である。
【図１１】他の実施形態として、他の実施形態のプラズマキャピラリの内部で生成されるマイクロプラズマとシールガスノズルの先端の環状開口から噴出するシールガスが半導体チップのボンディングパッドに照射される様子を示す図である。
【図１２】他の実施形態として、他の実施形態のプラズマキャピラリの内部で生成されるマイクロプラズマとシールガスノズルの先端の環状開口から噴出するシールガスが半導体チップのボンディングパッドに照射される様子を示す図である。
【図１３】他の実施形態として、表面処理とボンディング処理とを行うことができるワイヤボンディング装置の構成図である。
【図１４】他の実施形態として、表面処理に関係する要素の構成図である。
【図１５】他の実施形態として、プラズマキャピラリの内部で生成されるマイクロプラズマとシールガスノズルの先端の環状開口から噴出するシールガスが半導体チップのボンディングパッドに照射される様子を示す図である。
【図１６】他の実施形態として、プラズマキャピラリの内部で生成される金の微粒子を含むマイクロプラズマの生成の様子とこのマイクロプラズマとシールガスノズルの先端の環状開口から噴出するシールガスが半導体チップのボンディングパッドに照射される様子を示す図である。
【図１７】他の実施形態として、表面の除去および堆積を含む表面処理と、ボンディング処理とを連動して行わせる手順を示す工程図である。
【図１８】他の実施形態として、バンプボンディング装置の動作を示す工程図である。
【図１９】他の実施形態として、フリップチップボンディング装置の動作を示す工程図である。
【図２０】他の実施形態として、１ステージ型のワイヤボンディング装置の構成を示す図である。
【図２１】他の実施形態として、１ステージ型のワイヤボンディング装置のアームを示す図である。
【図２２】他の実施形態として、１ステージ型ワイヤボンディング装置において、他のアーム構成の例を示す図である。
【図２３】他の実施形態として、１ステージ型のワイヤボンディング装置の他の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１３６】
２ ボンディングワイヤ、３ バンプ、４ ボンディングリード、５ ボンディングパッド、６ 半導体チップ、７ 回路基板、８ ボンディング対象、１０，１００，１１０，２００ ワイヤボンディング装置、１２ 搬送機構、１４ 表面処理用ステージ、１６２０４ ボンディング用ステージ、２０ ボンディング用ＸＹＺ駆動機構、２１ ボンディングアーム、２２，１２４ ボンディングアーム本体、２４ ボンディングキャピラリ、２６ コレット、３０ 表面処理用ＸＹＺ駆動機構、３１，１０３，１２０ プラズマアーム、３２，１０４，１２６ プラズマアーム本体、３４ マイクロプラズマ発生部、３５ シールガス噴出部、４０ プラズマキャピラリ、４２ プラズマキャピラリ本体、４４ プラズマ用ガス供給口、４６ 先端部、４８ 本体開口、５０ 高周波コイル、５２ プラズマ領域、５４ 内部電極、５６ 外部電極、５８ パイプ、６０ プラズマ化ガス供給部、６４ 混合ボックス、６８ 水素ガス源、７０ アルゴンガス源、７２ シールガス供給パイプ、７４ シールガスノズル、７６ 環状開口、８０ 高周波電力供給部、８２ 整合回路、８４ 高周波電源、８６ シールガス供給部、８８ シールガス源、８９ 供給ボックス、９０ 制御部、１０２ ＸＹＺ駆動機構、１０３，１２０ アーム、１０４ アーム本体、１０６ 処理ステージ、１２２ 基部、１２４ ボンディングアーム本体、１２６ プラズマアーム本体、２０６ 位置変更部、２０８ スプール、２１０ クランパ、２１２ ワイヤ位置駆動部、３００ マイクロプラズマ、３０１ 還元性マイクロプラズマ、３０３ スパッタされた金の微粒子を含むマイクロプラズマ、４００ シールガス流。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングツールを用いてボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング処理部と、
内部でプラズマ化したガスを先端の開口からボンディング対象に噴出させるプラズマ発生部と、プラズマ発生部の外面に同軸上に取り付けられた環状流路先端の開口からシールガスを噴出させてプラズマ化したガスを外気からシールするシールガス噴出部と、を含むプラズマキャピラリと、
を備えることを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
ボンディングキャピラリを有するボンディングアームを用いてボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング処理部と、
内部でプラズマ化したガスを先端の開口からボンディング対象に噴出させるプラズマ発生部と、プラズマ発生部の外面に同軸上に取り付けられた環状流路先端の開口からシールガスを噴出させてプラズマ化したガスを外気からシールするシールガス噴出部と、を含むプラズマキャピラリと、
プラズマキャピラリを先端に有するプラズマアームを用いてボンディング対象に表面処理を行うプラズマ処理部と、
ボンディングアームの動作と、プラズマアームの動作とを、連動して制御する制御部と、
を備えることを特徴とするボンディング装置。
【請求項３】
請求項２に記載のボンディング装置において、
ボンディング処理部は、ボンディング用ステージに保持されたボンディング対象に対しボンディング処理を行い、
プラズマ処理部は、ボンディング処理部で処理されるボンディング対象と同種類であって表面処理用ステージに保持されたボンディング対象に対し表面処理を行い、
制御部は、同種類の各ボンディング対象の同じ部位においてそれぞれボンディング処理と表面処理とを連動して行わせる制御をすることを特徴とするボンディング装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のボディング装置であって、
プラズマ発生部は、絶縁体からなる筒状部材と同軸上に取り付けられた円筒型外面電極と筒状部材の中心軸上に取り付けられた線状の内部電極とへの電力供給によって、筒状部材の内部でプラズマ化したガスを、筒状部材の先端部の開口から噴出させる容量結合型のマイクロプラズマ発生部であること、
を特徴とするボディング装置。
【請求項５】
ボンディングツールを用いてボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング処理部と、
内部でプラズマ化したガスを、先端の開口からボンディング対象に噴出させるプラズマ発生部と、プラズマ発生部の外面に同軸上に取り付けられた環状流路先端の開口からシールガスを噴出させてプラズマ化したガスを外気からシールするシールガス噴出部と、を含むプラズマキャピラリと、
プラズマ発生部の中に挿入される所定材料の細線の先端位置をプラズマ発生部の内部でガスがプラズマ化するプラズマ領域との関係で変更する手段であって、細線の先端位置がプラズマ領域の外側にあり、ボンディング対象物の表面をプラズマ化したガスで除去する除去位置と、細線の先端位置がプラズマ領域の内側にあり、細線の材料をプラズマ化したガスとともにボンディング対象物に噴出させて堆積させる堆積位置との間で変更する位置変更手段と、
位置変更手段によってマイクロプラズマ発生部における細線位置を表面除去位置に移動させてボンディング対象物の表面の汚染や酸化膜を除去したのち、細線位置を堆積位置に移動させてボンディング対象物に所定材料を堆積させる制御部と、
を備えることを特徴とするボンディング装置。
【請求項６】
ボンディングキャピラリを有するボンディングアームを用いてボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング処理部と、
内部でプラズマ化したガスを、先端の開口からボンディング対象に噴出させるプラズマ発生部と、プラズマ発生部の外面に同軸上に取り付けられた環状流路先端の開口からシールガスを噴出させてプラズマ化したガスを外気からシールするシールガス噴出部と、を含むプラズマキャピラリと、
プラズマキャピラリを先端に有するプラズマアームを用いてボンディング対象に表面処理を行うプラズマ処理部と、
プラズマ発生部の中に挿入される所定材料の細線の先端位置をプラズマ発生部の内部でガスがプラズマ化するプラズマ領域との関係で変更する手段であって、細線の先端位置がプラズマ領域の外側にあり、ボンディング対象物の表面をプラズマ化したガスで除去する除去位置と、細線の先端位置がプラズマ領域の内側にあり、細線の材料をプラズマ化したガスとともにボンディング対象物に噴出させて堆積させる堆積位置との間で変更する位置変更手段と、
ボンディングアームの動作と、プラズマアームの動作とを、連動して制御する制御部と、
を備え、
制御部は、
位置変更手段によってプラズマ発生部における細線位置を表面除去位置に移動させてボンディング対象物の表面を除去したのち、細線位置を堆積位置に移動させてボンディング対象物に所定材料を堆積させ、
次に、ボンディング処理部によって、所定材料の堆積した部位にボンディング処理を行わせることを特徴とするボンディング装置。
【請求項７】
請求項６に記載のボンディング装置において、
ボンディング処理部は、ボンディング用ステージに保持されたボンディング対象に対しボンディング処理を行い、
プラズマ処理部は、ボンディング処理部で処理されるボンディング対象と同種類であって表面処理用ステージに保持されたボンディング対象に対し表面処理を行い、
制御部は、同種類の各ボンディング対象の同じ部位においてそれぞれボンディング処理と表面処理とを連動して行わせる制御をすることを特徴とするボンディング装置。
【請求項８】
請求項２又は６に記載のボンディング装置において、
制御部は、同一のボンディング対象についてボンディング処理と表面処理とを連動して行わせる制御をすることを特徴とするボンディング装置。
【請求項９】
請求項８に記載のボンディング装置において、
制御部は、ボンディングアームとプラズマアームとを一体として移動させる制御をすることを特徴とするボンディング装置。
【請求項１０】
請求項１から３又は請求項５から９のいずれか１項に記載のボディング装置であって、
プラズマ発生部は、絶縁体からなる筒状部材に巻回された高周波コイルへの電力供給によって、筒状部材の内部でプラズマ化したガスを、筒状部材の先端部の開口から噴出させる誘導結合型のマイクロプラズマ発生部であること、
を特徴とするボディング装置。
【請求項１１】
請求項１から３又は請求項５から９のいずれか１項に記載のボンディング装置において、シールガスはプラズマ化するガスと同等あるいは該ガスよりも化学的活性の低いガスであること、
を特徴とするボディング装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のボンディング装置において、シールガスは不活性ガスであること、
を特徴とするボディング装置。
【請求項１】
ボンディングツールを用いてボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング処理部と、
内部でプラズマ化したガスを先端の開口からボンディング対象に噴出させるプラズマ発生部と、プラズマ発生部の外面に同軸上に取り付けられた環状流路先端の開口からシールガスを噴出させてプラズマ化したガスを外気からシールするシールガス噴出部と、を含むプラズマキャピラリと、
を備えることを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
ボンディングキャピラリを有するボンディングアームを用いてボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング処理部と、
内部でプラズマ化したガスを先端の開口からボンディング対象に噴出させるプラズマ発生部と、プラズマ発生部の外面に同軸上に取り付けられた環状流路先端の開口からシールガスを噴出させてプラズマ化したガスを外気からシールするシールガス噴出部と、を含むプラズマキャピラリと、
プラズマキャピラリを先端に有するプラズマアームを用いてボンディング対象に表面処理を行うプラズマ処理部と、
ボンディングアームの動作と、プラズマアームの動作とを、連動して制御する制御部と、
を備えることを特徴とするボンディング装置。
【請求項３】
請求項２に記載のボンディング装置において、
ボンディング処理部は、ボンディング用ステージに保持されたボンディング対象に対しボンディング処理を行い、
プラズマ処理部は、ボンディング処理部で処理されるボンディング対象と同種類であって表面処理用ステージに保持されたボンディング対象に対し表面処理を行い、
制御部は、同種類の各ボンディング対象の同じ部位においてそれぞれボンディング処理と表面処理とを連動して行わせる制御をすることを特徴とするボンディング装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のボディング装置であって、
プラズマ発生部は、絶縁体からなる筒状部材と同軸上に取り付けられた円筒型外面電極と筒状部材の中心軸上に取り付けられた線状の内部電極とへの電力供給によって、筒状部材の内部でプラズマ化したガスを、筒状部材の先端部の開口から噴出させる容量結合型のマイクロプラズマ発生部であること、
を特徴とするボディング装置。
【請求項５】
ボンディングツールを用いてボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング処理部と、
内部でプラズマ化したガスを、先端の開口からボンディング対象に噴出させるプラズマ発生部と、プラズマ発生部の外面に同軸上に取り付けられた環状流路先端の開口からシールガスを噴出させてプラズマ化したガスを外気からシールするシールガス噴出部と、を含むプラズマキャピラリと、
プラズマ発生部の中に挿入される所定材料の細線の先端位置をプラズマ発生部の内部でガスがプラズマ化するプラズマ領域との関係で変更する手段であって、細線の先端位置がプラズマ領域の外側にあり、ボンディング対象物の表面をプラズマ化したガスで除去する除去位置と、細線の先端位置がプラズマ領域の内側にあり、細線の材料をプラズマ化したガスとともにボンディング対象物に噴出させて堆積させる堆積位置との間で変更する位置変更手段と、
位置変更手段によってマイクロプラズマ発生部における細線位置を表面除去位置に移動させてボンディング対象物の表面の汚染や酸化膜を除去したのち、細線位置を堆積位置に移動させてボンディング対象物に所定材料を堆積させる制御部と、
を備えることを特徴とするボンディング装置。
【請求項６】
ボンディングキャピラリを有するボンディングアームを用いてボンディング対象にボンディング処理を行うボンディング処理部と、
内部でプラズマ化したガスを、先端の開口からボンディング対象に噴出させるプラズマ発生部と、プラズマ発生部の外面に同軸上に取り付けられた環状流路先端の開口からシールガスを噴出させてプラズマ化したガスを外気からシールするシールガス噴出部と、を含むプラズマキャピラリと、
プラズマキャピラリを先端に有するプラズマアームを用いてボンディング対象に表面処理を行うプラズマ処理部と、
プラズマ発生部の中に挿入される所定材料の細線の先端位置をプラズマ発生部の内部でガスがプラズマ化するプラズマ領域との関係で変更する手段であって、細線の先端位置がプラズマ領域の外側にあり、ボンディング対象物の表面をプラズマ化したガスで除去する除去位置と、細線の先端位置がプラズマ領域の内側にあり、細線の材料をプラズマ化したガスとともにボンディング対象物に噴出させて堆積させる堆積位置との間で変更する位置変更手段と、
ボンディングアームの動作と、プラズマアームの動作とを、連動して制御する制御部と、
を備え、
制御部は、
位置変更手段によってプラズマ発生部における細線位置を表面除去位置に移動させてボンディング対象物の表面を除去したのち、細線位置を堆積位置に移動させてボンディング対象物に所定材料を堆積させ、
次に、ボンディング処理部によって、所定材料の堆積した部位にボンディング処理を行わせることを特徴とするボンディング装置。
【請求項７】
請求項６に記載のボンディング装置において、
ボンディング処理部は、ボンディング用ステージに保持されたボンディング対象に対しボンディング処理を行い、
プラズマ処理部は、ボンディング処理部で処理されるボンディング対象と同種類であって表面処理用ステージに保持されたボンディング対象に対し表面処理を行い、
制御部は、同種類の各ボンディング対象の同じ部位においてそれぞれボンディング処理と表面処理とを連動して行わせる制御をすることを特徴とするボンディング装置。
【請求項８】
請求項２又は６に記載のボンディング装置において、
制御部は、同一のボンディング対象についてボンディング処理と表面処理とを連動して行わせる制御をすることを特徴とするボンディング装置。
【請求項９】
請求項８に記載のボンディング装置において、
制御部は、ボンディングアームとプラズマアームとを一体として移動させる制御をすることを特徴とするボンディング装置。
【請求項１０】
請求項１から３又は請求項５から９のいずれか１項に記載のボディング装置であって、
プラズマ発生部は、絶縁体からなる筒状部材に巻回された高周波コイルへの電力供給によって、筒状部材の内部でプラズマ化したガスを、筒状部材の先端部の開口から噴出させる誘導結合型のマイクロプラズマ発生部であること、
を特徴とするボディング装置。
【請求項１１】
請求項１から３又は請求項５から９のいずれか１項に記載のボンディング装置において、シールガスはプラズマ化するガスと同等あるいは該ガスよりも化学的活性の低いガスであること、
を特徴とするボディング装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のボンディング装置において、シールガスは不活性ガスであること、
を特徴とするボディング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２００８−３４７３５（Ｐ２００８−３４７３５Ａ）
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０８７１０（Ｐ２００６−２０８７１０）
【出願日】平成１８年７月３１日（２００６．７．３１）
【出願人】（０００１４６７２２）株式会社新川 (128)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月３１日（２００６．７．３１）
【出願人】（０００１４６７２２）株式会社新川 (128)
【Ｆターム（参考）】
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