JP2007012910A - ボンディング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面処理とボンディング処理とを効率的に行うボンディング装置を提供する。
【解決手段】ボンディング装置は、高周波コイル５０が先端部に巻回されボンディングワイヤ２が挿通されるキャピラリ４０と、ボンディングワイヤ２の先端位置を変更する位置変更部と、キャピラリ４０にガスを供給するガス供給部と、高周波コイル５０に高周波電力を供給する高周波電力供給部とを含む。ボンディングワイヤ２がプラズマ領域５２の外にあるときは、プラズマ領域５２で生成されるマイクロプラズマが開口４８から噴出し、ボンディング対象の表面を除去する。ボンディングワイヤ２がプラズマ領域５２の中に挿入されると、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と同じ材料が堆積する。
【選択図】図５

Description

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。

ボンディング装置として、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。

そのために、１つは、金属層を予め保護しておくことが提案される。たとえば、特許文献１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。

もう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２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、ＢＧＡ基板の電極の上に暴露し、この上にある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。

また、特許文献３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、ボンディングパッドのみにプラズマ処理を行う。

また、特許文献４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。

特開２００１−１５５４９号公報 特開２０００−３４０５９９号公報 特開平１１−２６０５９７号公報 特開２００３−３２８１３８号公報

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従来技術のうち、特許文献２及び３の技術は、グロー放電によってプラズマ化したガスを用いている。この方法は容量結合型のプラズマ発生方法で、放電を伴うので、素子への損傷等の影響がある。したがって、ボンディング処理のようにその後アニール処理が困難な物への適用は限られたものとなる。

また、特許文献４の技術は、高周波コイルによる誘導プラズマを用いるもので、いわゆる誘導結合型のプラズマ発生方法に属する。一般的に誘導結合型プラズマは、熱プラズマであり、プラズマ温度は高温で、そのままでは素子に損傷を与える。特許文献４のマイクロプラズマ技術は、この熱プラズマを極めて狭い空間で安定に発生させる技術を開示しており、それによれば、限定した小さな領域にプラズマを照射でき、熱的損傷を与えることが少ない。これらのことから、特許文献４のマイクロプラズマ技術はボンディング処理の前の表面処理に使用可能と考えられる。

ところで、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。引用文献３、４はボンディング処理との関係を顧慮せず、引用文献２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。

このように、従来技術のボンディング装置においては、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が困難である。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、酸化、還元、エッチング等によりボンディング対象の表面の酸化膜又は有機物等の異物を除去して清浄面とし、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。上記従来のマイクロプラズマ技術では材料の除去と堆積とが可能であるが、それをどのようにボンディング技術と結びつけるかが未解決である。

本発明の目的は、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。また、他の目的は、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、別の目的は、マイクロプラズマによって、ボンディング対象の表面を除去した後、適当な材料を堆積させることを可能にするボンディング装置を提供することである。以下の手段は、これらの目的の少なくとも１つに貢献するものである。

本発明に係る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、先端部に巻回された高周波コイルを有するプラズマキャピラリを含み、高周波コイルへの電力供給によって、プラズマキャピラリの内部でプラズマ化したガスを、プラズマキャピラリの先端部の開口からボンディング対象に噴出させて表面処理を行う誘導結合型のマイクロプラズマ発生部と、プラズマキャピラリ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キャピラリ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。

また、本発明に係るボンディング装置は、絶縁体から構成される筒状のキャピラリであって、高周波電力が供給される高周波コイルが先端部外周に巻回され、内部にボンディングワイヤが挿通されるキャピラリと、キャピラリ内部にガスを供給するガス供給手段と、ボンディングワイヤの先端位置を変更する位置変更手段と、ワイヤボンディング処理を制御する制御部と、を備え、位置変更手段は、キャピラリの中に挿入されるボンディングワイヤの先端位置を、ワイヤボンディングするためのボンディング処理位置と、キャピラリにガスが供給され高周波コイルに高周波電力が供給されるときにキャピラリの内部でガスがプラズマ化するプラズマ領域の外側であって、ボンディング対象物の表面がプラズマ化したガスで除去される除去位置と、プラズマ領域の内側であって、ボンディングワイヤ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、の間で変更し、制御部は、位置変更手段によってボンディングワイヤの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、ボンディングワイヤの位置を堆積位置に移動させてボンディング対象物にボンディングワイヤの材料を堆積させ、次に、ボンディングワイヤの位置をボンディング処理位置に移動させて、ボンディングワイヤの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。

また、本発明に係る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、先端部に巻回された高周波コイルを有するプラズマキャピラリであって、高周波コイルへの電力供給によって、プラズマキャピラリの内部でプラズマ化したガスを、プラズマキャピラリの先端部の開口からボンディング対象に噴出させて表面処理を行う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、プラズマキャピラリ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キャピラリ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キャピラリ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。

また、本発明に係る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が好ましい。

また、本発明に係る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が好ましい。

また、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が好ましい。

上記構成の少なくとも１つにより、ボンディング処理部とともに、プラズマキャピラリの先端部の高周波コイルへの電力供給によって、プラズマキャピラリの内部でプラズマ化したガスを、プラズマキャピラリの先端部からボンディング対象に噴出させて表面処理を行う誘導結合型のマイクロプラズマ発生部とを備える。そして、プラズマキャピラリの中に所定材料の細線を挿入し、その先端位置を、プラズマ領域の外側と、プラズマ領域の内側との２つの位置の間で変更させる。このことで、細線がプラズマ領域の外側にあるときは細線材料を含まないプラズマ化したガスをボンディング対象物に噴出させてその表面を除去し、細線がプラズマ領域の内側にあるときは細線材料も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。

このように、ボンディング対象物への表面処理を、除去処理と堆積処理を続けて行うことができ、さらにこの表面処理が行われたボンディング対象について、続けてボンディング処理を行うことができる。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を照射して熱損傷の少ない除去処理と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。

また、上記構成の少なくとも１つにより、高周波電力が供給される高周波コイルが先端部外周に巻回され、内部にボンディングワイヤが挿通されるキャピラリと、キャピラリ内部にガスを供給するガス供給手段と、ボンディングワイヤの先端位置を変更する位置変更手段とを備える。そして、位置変更手段は、キャピラリの中に挿入されるボンディングワイヤの先端位置を、ワイヤボンディングするためのボンディング処理位置と、キャピラリの内部におけるプラズマ領域の外側と、プラズマ領域の内側との３つの位置の間で変更する。このことで、細線がプラズマ領域の外側にあるときは細線材料を含まないプラズマ化したガスをボンディング対象物に噴出させてその表面を除去し、細線がプラズマ領域の内側にあるときは細線材料も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、ボンディング処理位置にあるときはワイヤボンディングを行うことができる。

このように、１本のキャピラリを用いて、ボンディング対象物への表面処理を、除去処理と堆積処理を続けて行うことができ、さらにこの表面処理が行われたボンディング対象について、続けてボンディング処理を行うことができる。したがって、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より効率的に行うことが可能となる。

また、上記構成の少なくとも１つにより、ボンディングキャピラリを有するボンディングアームの動作と、ボンディング対象物の表面に対する除去処理と堆積処理とを行うことができるプラズマキャピラリを先端に有するプラズマアームの動作とを、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。

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について、ボンディングヘッド部はボンディング用ステージにおいてボンディング処理を行い、マイクロプラズマ発生部は、表面処理用ステージ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。

また、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、あるいは順次的に行うことができ、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。

また、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ので、移動機構が簡単なものとなる。

以上のように、本発明に係るボンディング装置によれば、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可能となる。また、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が可能となる。また、マイクロプラズマによって、ボンディング対象の表面を除去した後、適当な材料を堆積させる表面処理が可能となる。

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、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、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。

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、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。

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。

また、表面処理を除去処理と堆積処理に大別して、除去処理としては、酸化、還元、エッチング等がある。以下では、表面処理に用いるキャピラリを１つとし、表面の除去処理の内容はガス源の切換で行うものとして説明するが、ガス切換の遅れを無くすために、表面処理に用いるキャピラリを予め複数搭載し、それぞれを異なる表面処理用とすることもできる。

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２００の構成図である。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。

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有機物の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。

ワイヤボンディング装置２００は、ボンディング対象８を保持し所定のボンディング用ステージ２０４の位置に搬送する搬送機構１２、キャピラリ４０をアーム本体３２の先端に取り付けたアーム３１、アーム３１を移動駆動するＸＹＺ駆動機構２０２、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、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、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、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を構成する。

ＸＹＺ駆動機構２０２は、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。アーム３１は、アーム本体３２と、その先端に取り付けられるキャピラリ４０とを含んで構成される。ＸＹＺ駆動機構２０２は、アーム本体３２を搭載する高速ＸＹテーブルと、アーム本体３２を揺動駆動してその先端に取り付けられたキャピラリ４０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。

アーム３１は、上記のようにアーム本体３２と、その先端に取り付けられるキャピラリ４０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キャピラリ４０に供給し、キャピラリ４０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。図２は、アーム３１を抜き出して示したものである。キャピラリ４０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が、マイクロプラズマ発生部３４の構成要素でもあるので、通常のワイヤボンディングに用いられる一般的キャピラリとはいくつかの点で相違がある。その相違については後述する。

表面処理に関係するキャピラリ４０のマイクロプラズマ発生機能、位置変更部２０６、ガス供給部６０、高周波電力供給部８０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、キャピラリ４０の処理領域であるボンディング用ステージ２０４に搬送してそこで位置決め固定し、表面処理を受けさせ、引き続き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、搬送物をクランプして移動させる機構等を用いることができる。

制御部９０は、搬送機構１２、ＸＹＺ駆動機構２０２、位置変更部２０６、ガス供給部６０、高周波電力供給部８０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。

図３は、表面処理に関係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、キャピラリ４０内部にプラズマを生成し、これをキャピラリ４０の先端から噴出させるためのマイクロプラズマ発生部３４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。

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の先端位置をキャピラリ４０の中で上下させることができる。

次にマイクロプラズマ発生部３４の詳細な内容を説明する。図４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、上記のようにアーム３２の先端に取り付けられるキャピラリ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を含んで構成される。

キャピラリ４０は、表面処理と、ボンディング処理の双方に兼用して用いられ、ボンディングワイヤが挿通される筒状の部材である。表面処理を行う機能のため、キャピラリ４０は、絶縁体からなる筒状のキャピラリ本体４２と、その先端部４６に近いところの外周に巻回される高周波コイル５０を含んで構成される。そして、表面処理を行うときは、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。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。したがって、キャピラリ４０は、マイクロプラズマを用いて表面処理を行う観点からは、プラズマキャピラリと呼ぶことができるが、ここではボンディング処理にも用いられることから、単にキャピラリ４０と称することとする。

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貫通穴４４を有し、高周波コイル５０が巻回される部分を除けば、通常のボンディングに用いられる一般的なキャピラリとほぼ同じ寸法、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、貫通穴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。材質も通常のボンディングに用いられる一般的なキャピラリと同様に、アルミナ等のセラミックを用いることができる。なお、ボンディングワイヤ２の直径、ボンディングパッドの面積等に応じ、先端部の開口４８の大きさを選択することができる。

先端部４６に近いところ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３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。

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切り換える切換ボックス６２と、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、酸化処理用の酸素ガス源６６と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。

切換ボックス６２は、表面処理が酸化か還元かによって酸素ガス源６６と水素ガス源６８との間で切換を行い、適当な流量で混合ボックス６４に送る機能を有する。混合ボックス６４は、切換ボックス６２から送られてきた酸化ガス又は還元ガスを、適当な混合比でキャリアガスに混合し、キャピラリ４０の貫通穴４４に供給する機能を有する。切換ボックス６２、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切換ボックス６２、混合ボックス６４に接続するものとすることもできる。

表面処理用のガス源として、酸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有機物等の異物を酸化によって除去することができる。また、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。したがって、表面の除去処理としては、例えば、ボンディングパッドについてその表面に薄く形成された金属酸化膜を除去するには水素ガスを用い、ボンディングリードについてその表面に付着する有機物を除去するには酸素ガスを用いる等のように、ボンディング対象によってマイクロプラズマの性質を切り換えることができる。

また、プラズマ領域に金等のボンディングワイヤを挿入すると、ボンディングワイヤ２の材料を粒子化することができる。このときのプラズマ領域の雰囲気は、ボンディングワイヤの材料との反応性に応じて還元性あるいは酸化性とすることもできる。したがって、ボンディングワイヤが還元性雰囲気のプラズマによって粒子化する場合で述べると、ボンディングワイヤ２と同じ材料をボンディング対象の表面に堆積させる処理を行うには、切換ボックス６２においてガス種を還元性に切り換え、位置変更部２０６によって、ボンディングワイヤの先端位置をプラズマ領域の中になるように変更すればよい。これにより、堆積処理を行うことができる。

高周波電力供給部８０は、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又は１００ＭＨｚ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。

図５は、マイクロプラズマ発生部３４の作用として、キャピラリ４０の内部で生成されるマイクロプラズマの様子を示す図である。ここで、図５（ａ）は表面の除去処理における還元性マイクロプラズマ３０１又は酸化性マイクロプラズマ３０２の生成の様子、（ｂ）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。

マイクロプラズマを生成するには、次の手順が行われる。最初にガス供給部６０を制御し、適当なガス種と流量で、ガスをキャピラリ４０の貫通穴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、図示されていない点火装置に点火用高周波パルスを印加する。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誘導プラズマが生成される。すなわちプラズマが点火する。一旦点火した後は、点火用高周波パルスが消滅しても、高周波コイル５０からの高周波電力によってマイクロプラズマの生成が持続する。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は、キャピラリ４０の先端部開口４８から噴出する。

そして、表面の除去処理の場合には、図５（ａ）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しないように、キャピラリ４０の内部の上方側に十分高く引き上げられる。この状態で、プラズマ領域５２で生成されるマイクロプラズマは、酸化性又は還元性とすることができ、これを先端部開口４８から噴出させて、ボンディング対象の表面を除去できる。

一方、堆積処理を行うときは、図５（ｂ）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、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、ガス種が還元性とすることができる。これにより、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。

さらに、マイクロプラズマ発生部３４の動作を完全に停止させることで、キャピラリ４０を、ワイヤボンディング用のキャピラリとして機能させることができる。この場合には位置変更部２０６は、ボンディングワイヤ２の位置を通常のワイヤボンディング動作と同様に、先端部開口４８から必要量突き出させる。

上記の寸法例では、開口４８の直径が０．０５ｍｍ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、還元性マイクロプラズマ３０１又は酸化性マイクロプラズマ３０２又はスパッタされた金の微粒子を含むマイクロプラズマ３０３のいずれか１つを照射することができる。また、還元性マイクロプラズマ３０１又は酸化性マイクロプラズマ３０２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、これらのマイクロプラズマはボンディング対象物に作用を及ぼさない。したがって、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これらのマイクロプラズマの作用を制御できる。図６は、その一例の様子を示す図で、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キャピラリ４０の位置を移動させ、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、キャピラリ４０からここでは還元性のマイクロプラズマ３０１が照射される場合の様子が示される。

上記構成のワイヤボンディング装置２００の動作について図７を用いて説明する。図７は、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。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２００を起動させ、搬送機構１２によってボンディング対象８をボンディング用ステージ２０４に搬送し、位置決めする（位置決め工程）。

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、キャピラリ４０においてマイクロプラズマが点火され生成される。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、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、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）。

次にワイヤボンディングプログラムを起動させると、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が来る（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）。

次に、ボンディングパッド５に向けてキャピラリ４０が下降する。下降は、キャピラリ４０の先端が、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がそのボンディングパッド５を最適に照射する高さで止めるように行われる。そこで、還元性マイクロプラズマ３０１は、ボンディングパッド５の表面の薄い酸化膜を除去し、清浄表面にする（ボンディングパッド表面除去処理工程）。その様子を図７（ａ）に示す。

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を金線とすると、マイクロプラズマは還元雰囲気のままであるので、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（ボンディングパッド表面堆積処理工程）。その様子を図７（ｂ）に示す。

次に、制御部９０の指示により、マイクロプラズマ発生部３４の動作を止める。そして必要があればキャピラリ４０を上方に引き上げ、位置変更部２０６に指示して、ボンディングワイヤ２の先端位置をキャピラリ４０の先端から出す。そして、ボンディングプログラムの内容は通常のワイヤボンディング処理の内容となり、周知の処理シーケンスに従い、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７（ｃ），（ｄ）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清浄表面にボンディングワイヤ２と同じ材料が薄膜の状態で堆積しているので、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た様子を図７（ｅ）に示す。

このようにして、１組のボンディングパッド５とボンディングリード４との間の接続が完了すると、キャピラリ４０は次のボンディングパッド５の真上に移動し、上記の各手順を繰り返す。

なお、上記において、ボンディングパッド５の表面処理を還元性マイクロプラズマ３０１による酸化膜除去とし、その還元性雰囲気をそのまま利用して堆積処理を行うこととしたが、表面の除去処理は、必要に応じ、その酸化膜除去の前にガス種を酸素に切り換え、マイクロプラズマを酸化性とし、有機物等の異物を除去することとしてもよい。また、有機物除去、酸化膜除去、あるいは他のエッチング性ガスを用いて電極エッチング等を組み合わせて行ってもよい。このようなガス種の設定は、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。

図３で説明したマイクロプラズマ発生部３４と位置変更部２０６とによる、表面の除去処理−堆積処理−ボンディング処理を、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２００において搬送機構１２において搬送す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。

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２０４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１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８の工程図に示す。

図８において、（ａ）は、ガス種を水素とし、マイクロプラズマを還元性とし、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７（ａ）に関連して説明したものと同様である。

また、図８（ｂ）は、ボンディングワイヤ２を金の細線として、マイクロプラズマを還元性としたまま、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７（ｂ）に関連して説明したものと同様である。

そして、図８（ｃ）は、マイクロプラズマ発生部３４の動作を止め、ボンディングワイヤ２の先端位置をキャピラリ４０の先端から出し、通常のワイヤボンディング処理を行う様子を示す図である。この内容は、図８（ｃ）に関連して説明したものと同様である。図８（ｄ）は、このようにして、ボンディングワイヤ２を金線とするときに、ボンディングパッド５上に金バンプ３が形成される様子を示す図である。

図１のワイヤボンディング装置２００のキャピラリ４０は、表面処理を行う機能とボンディング処理を行う機能を兼ねており、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っている。

これに対し、キャピラリの表面処理機能とボンディング機能とを分離することができる。図９は、そのようなワイヤボンディング装置１０を示すもので、そこでは、表面処理用ステージ１４とボンディング用ステージ１６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３０とボンディング用ＸＹＺ駆動機構２０を用い、表面処理を行うキャピラリをプラズマキャピラリ４０として表面処理用ＸＹＺ駆動機構によってその位置移動を行わせ、ボンディング処理を行うキャピラリをボンディングキャピラリ２４としてボンディング用ＸＹＺ駆動機構２０によってその位置駆動を行わせる。このような型式のワイヤボンディング装置１０は、２つのＸＹＺ駆動機構、２つのキャピラリ、２つのアーム、２つの処理ステージを備えており、いわば２ステージ２キャピラリ型のワイヤボンディング装置である。これと比較する意味において、図１のワイヤボンディング装置２００を１ステージ１キャピラリ型と呼ぶことができる。なお、以下では、図１から図８において説明したものと同様の要素には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。

図９に示す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、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、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、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を構成する。

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９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。

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９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。

表面処理用のＸＹＺ駆動機構３０は、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３２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、その外観は、上記図２と同じである。

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。

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。

なお、プラズマキャピラリ４０は、ボンディングキャピラリ２４と区別するため名称を変更したが、その内容は図１のキャピラリ４０と同様である。同様にプラズマアーム本体３２もその内容は図１のアーム本体２２と同様である。位置変更部２０６の機能は、ボンディングワイヤ２の先端位置をボンディング位置にしないことを除き、図３で説明した内容と同じである。すなわち、位置変更部２０６は、プラズマキャピラリ４０の内部におけるボンディングワイヤ２の先端位置を、プラズマ領域５２の外と、内との間で変更する。また、マイクロプラズマ発生部３４を構成するガス供給部６０、高周波電力供給部８０の内容も、図４に関連して説明したものと同じである。

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。

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１０を用いて説明する。図１０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）。

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点火され生成される。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、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）。

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）。

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がそのボンディングパッド５を最適に照射する高さで止まる。そこで、還元性マイクロプラズマ３０１は、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除去処理工程）。その様子を図１０（ａ）に示す。

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のままであるので、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（ボンディングパッド表面堆積処理工程）。その様子を図１０（ｂ）に示す。

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。ガス種の変更は行わず、マイクロプラズマは還元性のままである。

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パッド５の上で、還元性マイクロプラズマ３０１がそのボンディングパッド５を最適に照射する高さで止まる。そこで、還元性マイクロプラズマ３０１は、ボンディングリード４の酸化膜を除去する（ボンディングリード表面除去処理工程）。その様子を図１０（ｃ）に示す。

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のままであるので、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（ボンディングパッド表面堆積処理工程）。その様子を図１０（ｄ）に示す。

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、表面の除去処理と堆積処理とが終了する（表面処理終了工程）。

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１０（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、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１０（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）。

なお、上記において、ボンディングパッド５の表面処理を還元性マイクロプラズマ３０１による酸化膜除去とし、その還元性雰囲気をそのまま利用して堆積処理を行うこととしたが、表面の除去処理は、必要に応じ、その酸化膜除去の前にガス種を酸素に切り換え、マイクロプラズマを酸化性とし、有機物等の異物を除去することとしてもよい。また、有機物除去、酸化膜除去、あるいは他のエッチング性ガスを用いて電極エッチング等を組み合わせて行ってもよい。このようなガス種の設定は、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。

図９の２ステージ型ワイヤボンディング装置１０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９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。

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について、表面処理として、表面の除去処理と堆積処理とが行われる。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１０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。

搬送機構１２を除き、他の構成要素の内容を図９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１１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。

図１１において、（ａ）は、ガス種を水素とし、マイクロプラズマを還元性とし、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８（ａ）に関連して説明したものと同様である。

また、図１１（ｂ）は、ボンディングワイヤ２が金の細線として、マイクロプラズマを還元性としたまま、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８（ｂ）に関連して説明したものと同様である。

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。

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１１（ｄ）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１１（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。

図３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１１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、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９のワイヤボンディング装置と異なる。

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。

図１２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。このときのガス種は、例えば酸素とし、酸化性マイクロプラズマ３０２を用いることができる。場合によって、ガス種を水素とし、還元性マイクロプラズマ３０１を用いてもよい。そして、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の外側に設定し、この内容は、ガス種の選択、照射対象が金バンプ３となったことを除けば、図１０（ａ）に関連して説明したものと同様である。

また、図１２（ｂ）は、ボンディングワイヤ２が金の細線として、マイクロプラズマを還元性に変更し、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、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１０（ｂ）に関連して説明したものと同様である。

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１２（ｃ）に示す。

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。このときのガス種は、例えば酸素とし、酸化性マイクロプラズマ３０２を用いることができる。場合によって、還元性マイクロプラズマ３０１を選択してもよい。図１２（ｄ）は、ガス種を酸素とし、マイクロプラズマを酸化性とし、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有機物等を除去する工程である。この内容は、照射対象がボンディングリード４となったことを除けば、図１２（ａ）に関連して説明したものと同様である。

また、図１２（ｅ）は、マイクロプラズマを還元性に変更し、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、照射対象がボンディングリード４となったことを除けば、図１２（ｂ）に関連して説明したものと同様である。

そして、フェースダウンで保持されたチップ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１２（ｆ）に示す。ボンディングリード４にチップ６のバンプ３が接合された様子を図１２（ｇ）に示す。

フリップチップ技術において、回路基板がフィルム基板のときは、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｆｉｌｍ）と呼ばれるが、この場合の１つの技術として、ボンディングリードに低温半田を設けて、バンプ３との間を熱圧着により接合することが行なわれる。このときには、ボンディングリード４側の表面処理を省略し、バンプ３の表面処理のみ行うものとしてもよい。

すでに述べたように、図１のワイヤボンディング装置２００は、１ステージ１キャピラリ型であり、図９のワイヤボンディング装置１０は、２ステージ２キャピラリ型である。前者は、表面処理が終わった後、あまり時間をおかずにボンディング処理を行うことができる特徴を有し、後者は、同種のボンディング対象について、表面処理とボンディング処理を平行して行うことができる特徴を有する。これらに対し、１ステージ２キャピラリ型の構成をとることができる。

図１３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であるが、１つのアーム１０３に、プラズマキャピラリ４０とボンディングキャピラリ２４とを備える１ステージ２キャピラリ型のワイヤボンディング装置１００の構成を示す図である。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。

１ステージ２キャピラリ型のワイヤボンディング装置１００においては、アーム１０３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。アーム１０３の様子を図１４に示す。アーム１０３は、アーム本体１０４と、その先端部に平行して取り付けられるボンディングキャピラリ２４とプラズマキャピラリ４０とを含んで構成される。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とで構成されるマイクロプラズマ発生部３４、および位置変更部２０６の内容は、図３、図４に関連して説明したものと同じである。

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について表面の除去処理および堆積処理を行い、その後アーム１０４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に対する除去処理および堆積処理を行う。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１０４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。

すなわち、２ステージ２キャピラリ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１０の手順において、（ａ）から（ｇ）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、１ステージ１キャピラリ型ワイヤボンディング装置２００ほどではないが、２ステージ２キャピラリ型ワイヤボンディング装置１０に比較してかなり短くでき、表面処理の後に酸化膜や異物等が再付着する機会を減らしてボンディングを行うことができる。

図１４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１０４の移動駆動はより簡単になる。すなわち、アーム１０４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。

図１４の構成においては、１つのアーム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１４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。

図１５は、１ステージ２キャピラリ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。

図１５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。

なお、図１５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。

本発明に係る実施の形態におけるワイヤボンディング装置の構成図である。 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キャピラリを先端に有するアームを示す図である。 本発明に係る実施の形態において、表面処理に関係する要素の構成図である。 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の全体構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、表面の除去処理におけるマイクロプラズマの生成の様子と、堆積処理におけるマイクロプラズマの生成の様子を示す図である。 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が照射される様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、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。 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。 他の実施形態として、２ステージ２キャピラリ型ワイヤボンディング装置の構成を示す図である。 他の実施形態として、２ステージ２キャピラリ型ワイヤボンディング装置において、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。 他の実施形態として、２ステージ２キャピラリ型バンプボンディング装置の動作を示す工程図である。 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。 他の実施形態として、１ステージ２キャピラリ型のワイヤボンディング装置の構成を示す図である。 他の実施形態として、１ステージ２キャピラリ型のワイヤボンディング装置のアームを示す図である。 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。

符号の説明

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 チップ、７ 回路基板、８ ボンディング対象、１０，１００，２００ 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、１６，２０４ 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 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 アーム、３２，１０４ アーム本体、３４ マイクロプラズマ発生部、４０ （プラズマ）キャピラリ、４２ （プラズマキャピラリ）本体、４４ 貫通穴、４６ 先端部、４８ 開口、５０ 高周波コイル、５２ プラズマ領域、６０ ガス供給部、６２ 切換ボックス、６４ 混合ボックス、６６ 酸素ガス源、６８ 水素ガス源、７０ アルゴンガス源、８０ 高周波電力供給部、８２ 整合回路、８４ 高周波電源、９０ 制御部、１０２，２０２ ＸＹＺ駆動機構、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、３０１ 還元性マイクロプラズマ、３０２ 酸化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。

Claims (6)

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、
   先端部に巻回された高周波コイルを有するプラズマキャピラリを含み、高周波コイルへの電力供給によって、プラズマキャピラリの内部でプラズマ化したガスを、プラズマキャピラリの先端部の開口からボンディング対象に噴出させて表面処理を行う誘導結合型のマイクロプラズマ発生部と、
   プラズマキャピラリ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キャピラリ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。
2. 絶縁体から構成される筒状のキャピラリであって、高周波電力が供給される高周波コイルが先端部外周に巻回され、内部にボンディングワイヤが挿通されるキャピラリと、
   キャピラリ内部にガスを供給するガス供給手段と、
   ボンディングワイヤの先端位置を変更する位置変更手段と、
   ワイヤボンディング処理を制御する制御部と、
   を備え、
   位置変更手段は、
   キャピラリの中に挿入されるボンディングワイヤの先端位置を、
   ワイヤボンディングするためのボンディング処理位置と、
   キャピラリにガスが供給され高周波コイルに高周波電力が供給されるときにキャピラリの内部でガスがプラズマ化するプラズマ領域の外側であって、ボンディング対象物の表面がプラズマ化したガスで除去される除去位置と、
   プラズマ領域の内側であって、ボンディングワイヤ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、
   の間で変更し、
   制御部は、
   位置変更手段によってボンディングワイヤの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、ボンディングワイヤの位置を堆積位置に移動させてボンディング対象物にボンディングワイヤの材料を堆積させ、
   次に、ボンディングワイヤの位置をボンディング処理位置に移動させて、ボンディングワイヤの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。
3. 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、
   先端部に巻回された高周波コイルを有するプラズマキャピラリであって、高周波コイルへの電力供給によって、プラズマキャピラリの内部でプラズマ化したガスを、プラズマキャピラリの先端部の開口からボンディング対象に噴出させて表面処理を行う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、
   プラズマキャピラリ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キャピラリ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キャピラリ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。
4. 請求項３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。
5. 請求項３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。
6. 請求項５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。
   
   

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