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公開番号2025133702
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-11
出願番号2025026369
出願日2025-02-21
発明の名称ワイヤーボンディングシステムにおけるプロセスウィンドウの試験方法およびプロセスの自動最適化方法
出願人クリックアンドソッファインダストリーズ、インク.
代理人個人
主分類H01L 21/60 20060101AFI20250904BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ワイヤーボンディング動作に関し、特に、ワイヤーボンディングシステムにおいてプロセスパラメータのプロセスウィンドウを試験する方法を提供する。
【解決手段】方法は、ワイヤーボンディングシステムでのワイヤーボンディング動作に用いられるプロセスパラメータを特定する工程1000と、ワイヤーボンディングシステムにおいてプロセスパラメータの複数の値でプロセスパラメータの少なくとも1つの応答を試験する工程1002と、プロセスパラメータの複数の値でのプロセスパラメータの少なくとも1つの応答を自動的に記録する工程1006と、を含む。
【選択図】図10
特許請求の範囲【請求項１】
ワイヤーボンディングシステムにおいてプロセスパラメータのプロセスウィンドウを試験する方法であって、
（ａ）前記ワイヤーボンディングシステムでのワイヤーボンディング動作に用いられる前記プロセスパラメータを特定する工程と、
（ｂ）前記ワイヤーボンディングシステムにおいて前記プロセスパラメータの複数の値で前記プロセスパラメータの少なくとも１つの応答を試験する工程と、
（ｃ）前記プロセスパラメータの前記複数の値での前記プロセスパラメータの前記少なくとも１つの応答を自動的に記録する工程と
を有する方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
請求項１に記載の方法において、さらに、前記工程（ｂ）の結果に基づいて前記プロセスパラメータの許容可能なプロセスウィンドウを特定する工程（ｄ）を有するものである、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、さらに、前記工程（ｂ）の結果に基づいて前記プロセスパラメータの最適値を特定する工程を有するものである、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、さらに、オペレータの介入なしに、工程（ｂ）中のプロセスエラーから自動的に回復する工程を有するものである、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記プロセスエラーから自動的に回復する工程は、ボール浮き状態から回復すること、ステッチ浮き状態から回復すること、およびショートテール状態から回復することのうちの少なくとも１つを含むものである、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記プロセスパラメータは、ワイヤーボンドの形成中に適用される超音波エネルギー、ワイヤーボンドの形成中に適用されるボンディング力、およびワイヤーボンドの形成中に適用されるテーブルスクラブエネルギーのうちの少なくとも１つに関連するものである、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、前記ワイヤーボンドは、ワイヤーループの第１のワイヤーボンド、ワイヤーループの第２のワイヤーボンド、ワイヤーループの中間ワイヤーボンド、導電性バンプボンド、および垂直ワイヤー構造のワイヤーボンドからなる群から選択されるものである、方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法において、前記ワイヤーボンドは、ワイヤーループのボールボンドおよびワイヤーループのステッチボンドからなる群から選択されるものである、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、前記少なくとも１つの応答は、前記ボールボンドのボール浮き、ステッチボンドのステッチ浮き、ショートテール状態、ワイヤーボンドの引張値、ワイヤーボンドの形状、およびワイヤーボンドの寸法のうちの少なくとも１つに関連するものである、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、前記プロセスパラメータは、ボールボンドの形成中に適用される超音波エネルギーに関連するものである、方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２０２４年３月１日に出願された米国仮出願第６３／５６０，１９０号の利益を主張するものであり、その内容が参照により本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 4,000 文字）【０００２】
本発明は、ワイヤーボンディング動作に関し、特に、ワイヤーボンディングシステムにおいてプロセスパラメータのプロセスウィンドウを試験する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体デバイスの加工およびパッケージングにおいて、ワイヤーボンディングは依然としてパッケージ内の２つの位置間（例えば、半導体ダイのダイパッドとリードフレームのリード間など）の電気的相互接続を提供する主要な方法となっている。より具体的には、（ワイヤーボンディング装置としても知られている）ワイヤーボンダーを用いて、ワイヤーループが電気的に相互接続される位置間に形成される。ワイヤーループを形成する主な方法はボールボンディングとウェッボンディングである。（ａ）ワイヤーループの端部と（ｂ）各ボンディング位置（例えば、ダイパッド、リードなど）間にボンドを形成する際、例えば、超音波エネルギー、熱超音波エネルギー、熱圧縮エネルギーなど、様々なタイプのボンディングエネルギーを用いることができる。ワイヤーボンディング装置（例えば、スタッドバンプ装置など）はまた、ワイヤーの一部から導電性バンプを形成するためにも用いられる。
【０００４】
ボールボンディング動作中、ボンディングツール（例えば、キャピラリーなど）の先端から延びるワイヤーのテールは電子フレームオフ（ｅｌｅｃｔｒｉｃｆｌａｍｅ－ｏｆｆ：ＥＦＯ）デバイスからの火花を用いて溶解されフリーエアボールとなる。その後、フリーエアボールを用いてワイヤーループの第１のボンド（例えば、ボールボンドなど）が第１のボンディング位置で形成され、次いで、ワイヤーがボールボンドから第２のボンディング位置まで延長され、そこで、ボンディングツールを用いてワイヤーの一部を第２のボンディング位置にボンディング（接合）することによってワイヤーループの第２のボンド（例えば、ステッチボンドなど）が形成される。例えば、第１のボンディング位置は半導体ダイのボンディングパッドであり、第２のボンディング位置はリードフレームのリードである場合がある。
【０００５】
このようなワイヤーボンディング動作に関連して、いくつかの困難な状況が発生する可能性がある。例えば、ワイヤーループの第１のボンドのボンディング中、フリーエアボールがボンディング位置に適切に接合されない場合がある。この状況はしばしば、ＮＳＯＰ状態（すなわち、パッドへ付着しない（ｎｏｓｔｉｃｋｏｎｐａｄ）状態）と呼ばれる。他の例では、ワイヤーループの第２のボンドがボンディング位置に適切に接合されない場合がある。この状況はしばしば、ＮＳＯＬ状態（すなわち、リードへ付着しない（ｎｏｓｔｉｃｋｏｎｌｅａｄ）状態）と呼ばれる。このような「付着しない」状態に対処するための例示的なプロセスは、「ワイヤーボンディング動作における付着しない状態のための自動再作業プロセス（ＡＵＴＯＭＡＴＩＣＲＥＷＯＲＫＰＲＯＣＥＳＳＥＳＦＯＲＮＯＮ－ＳＴＩＣＫＣＯＮＤＩＴＩＯＮＳＩＮＷＩＲＥＢＯＮＤＩＮＧＯＰＥＲＡＴＩＯＮＳ）」と題する米国特許第８，８９９，４６９号に開示されている。
【０００６】
ワイヤーボンディング動作におけるもう１つの課題は、所謂「ショートテール状態」に関連している。例えば、ワイヤーループの第２のボンド位置でステッチボンドが形成された後、ボンディングツールがショートテール検出高さまで上昇され、そこで、ワイヤーが試験（例えば、電気導通試験など）され、第２のボンディング位置のステッチボンドと引き続き導通していることを確認することがある。ショートテール（ｓｈｏｒｔｔａｉｌ）が検出されない場合、ボンドヘッド（すなわち、ボンディングツールとワイヤークランプを運搬しており、現在クランプが閉じている）が上昇され、ステッチボンドでワイヤーを引きちぎる。残りのワイヤーテールの長さは他のワイヤーループ用に他のフリーエアボールを形成するために用いることができる。一方、ショートテールが検出されることもある。ショートテール状態は、例えばフリーエアボールのサイズおよび形状の不一致など、ワイヤーボンディング中に様々な問題をもたらす可能性がある。このような「ショートテール」状態に対処するための例示的な技術が、「ワイヤーボンディング動作におけるショートテール回復技術（ＳＨＯＲＴＴＡＩＬＲＥＣＯＶＥＲＹＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳＩＮＷＩＲＥＢＯＮＤＩＮＧＯＰＥＲＡＴＩＯＮＳ）」と題する米国特許第９，１６５，８４２号に開示されている。米国特許第８，８９９，４６９号および米国特許第９，１６５，８４２号それぞれの内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００７】
ワイヤーボンディング動作に関連して用いられる特定のプロセスパラメータは、特定の望ましくない状態（例えば、ＮＳＯＰ、ＮＳＯＬなど）に対処するために変更されることがある。したがって、ワイヤーボンディングシステムにおいてこのようなプロセスパラメータのプロセスウィンドウを試験する方法を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の例示的な実施形態によれば、ワイヤーボンディングシステムにおいてプロセスパラメータのプロセスウィンドウを試験する方法が提供される。前記方法は、（ａ）前記ワイヤーボンディングシステムでのワイヤーボンディング動作に用いられる前記プロセスパラメータを特定する工程と、（ｂ）前記ワイヤーボンディングシステムにおいて前記プロセスパラメータの複数の値で前記プロセスパラメータの少なくとも１つの応答を試験する工程と、（ｃ）前記プロセスパラメータの前記複数の値での前記プロセスパラメータの前記少なくとも１つの応答を自動的に記録する工程とを含む。
【０００９】
本発明の他の実施形態によれば、直前の段落に記載された方法は、次の特徴：さらに、前記工程（ｂ）の結果に基づいて前記プロセスパラメータの許容可能なプロセスウィンドウを特定する工程（ｄ）を含むこと；さらに、工程（ｂ）の結果に基づいて前記プロセスパラメータの最適値を特定する工程を含むこと；さらに、オペレータの介入なしに、工程（ｂ）中のプロセスエラーから自動的に回復する工程を含むこと；前記プロセスエラーから自動的に回復する工程は、ボール浮き状態から回復すること、ステッチ浮き状態から回復すること、ショートテール状態から回復すること、浮いたボールを他の位置にボンディングし、工程（ｂ）を継続すること、所定のパラメータを用いて前記浮いたボールのボンディング後にワイヤーテールを形成すること、浮いたステッチを他の位置にボンディングし、工程（ｂ）を継続すること、および／または所定のパラメータを用いて前記浮いたステッチのボンディング後にワイヤーテールを形成することのうちの少なくとも１つを含むこと；前記プロセスパラメータは、ワイヤーボンド（例えば、ワイヤーループのボールボンド、ワイヤーループのステッチボンド、ワイヤーループの第１のワイヤーボンド、ワイヤーループの第２のワイヤーボンド、ワイヤーループの中間ワイヤーボンド、導電性バンプボンド、垂直ワイヤー構造のワイヤーボンドなど）の形成中に適用される超音波エネルギー、ワイヤーボンドの形成中に適用されるボンディング力、およびワイヤーボンドの形成中に適用されるテーブルスクラブエネルギーのうちの少なくとも１つに関連するものであること；前記少なくとも１つの応答は、ボールボンドのボール浮き、ステッチボンドのステッチ浮き、ショートテール状態、ワイヤーボンドの引張値、ワイヤーボンドの形状、および／またはワイヤーボンドの寸法のうちの少なくとも１つに関連するものであること；工程（ｂ）および（ｃ）のそれぞれは、前記プロセスパラメータの前記複数の値のそれぞれにおいて所定の反復回数、繰り返されるものであること；工程（ｂ）および（ｃ）のそれぞれは、他のプロセスパラメータを変化させながら繰り返され、前記ワイヤーボンディングシステムにおいて前記プロセスパラメータの前記少なくとも１つの応答を前記プロセスパラメータの前記複数の値および前記他のプロセスパラメータで試験するものであること；さらに、前記繰り返された工程（ｂ）および（ｃ）の後、前記プロセスパラメータの許容可能なプロセスウィンドウおよび前記他のプロセスパラメータの望ましい値を特定する工程（ｄ）を含むこと；および／あるいは、さらに、前記繰り返された工程（ｂ）および（ｃ）の後、前記プロセスパラメータの最適値および前記他のプロセスパラメータの望ましい値を特定する工程を含むこと、の１若しくはそれ以上を有してもよい。
【００１０】
本発明の他の例示的な実施形態によれば、ワイヤーボンディングシステムにおけるプロセスパラメータのプロセスウィンドウを試験する方法が提供される。前記方法は、（ａ）前記ワイヤーボンディングシステムでのワイヤーボンディング動作に用いられる前記プロセスパラメータを特定する工程と、（ｂ）前記ワイヤーボンディングシステムにおいて前記プロセスパラメータの複数の値で前記プロセスパラメータの少なくとも１つの応答を試験する工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）の結果に基づいて前記プロセスパラメータの許容可能なプロセスウィンドウを特定する工程と含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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