以下、本発明の好適な実施形態について� ��面を参照しながら説明する。図1に示すよう に、本実施形態のボンディング装置10は、架� ��11と、架台11の上に取り付けられたボンディ ングステージ13と、ボンディング対象である� ��面に半導体チップ42が取り付けられた基板41 を図中のX方向に向けて搬送する搬送路14と、 ボンディングツールであるキャピラリ17と、� ��ャピラリ17が取り付けられたボンディング� �ーム16と、架台11に固定され、ボンディング� ��ーム16を駆動するボンディングヘッド15と、 架台11に取り付けられ、ボンディングステー� ��13と搬送路14とを囲むチャンバ12と、チャン� ��12に取り付けられた第1のプラズマトーチ20� �、2つの第2のプラズマトーチ30と、各プラズ� ��トーチ20,30とにプラズマ用ガスを供給する� �ラズマ用ガス供給部60と、各プラズマトーチ 20,30にプラズマ発生用の高周波電力を供給す� ��高周波電力供給部70と、ボンディングヘッ� �15とプラズマ用ガス供給部60と高周波電力供� ��部70と搬送路14とボンディングステージ13が� ��続され、各要素を一体として制御する制御� ��80と、図2に示すように、搬送路14に半導体� �ップ42が表面に取り付けられた基板41を供給� ��る供給スタック53と、ボンディングステー� �13でボンディング処理の終了した基板41をス� ��ックする製品スタック54とを備えている。

 ボンディングステージ13は、ボンディン� �を行うボンディング面の表面に基板41を固定 する真空吸着孔を備え、図示しない真空装置 によって真空吸着孔を真空とすることによっ てボンディング面に基板41を吸着固定する。� ��た、図1に示すようにボンディングステージ 13は、XY方向駆動機構によって基板41のボンデ ィング面に沿って図中のXY方向に移動するよ� ��構成されている。搬送路14は、搬送方向の� �側で基板41を支持し、図2に示す供給スタッ� �53から製品スタック54に向かって図中のX方向 に基板41を搬送すると共に、図1に示すように 、搬送路14の途中にある洗浄位置27に基板41を 停止させ、また洗浄位置27からボンディング� ��テージ13に基板41を移動させ、或いはボンデ ィングステージ13から製品スタック54に基板41 を搬送する。

 ボンディングヘッド15は、内部にボンデ� �ングアーム16を揺動駆動して、ボンディング アーム16の先端をボンディングステージ13に� �着固定された基板41の接離方向であるZ方向� �駆動するZ方向モータが設けられている。ボ� ��ディングアーム16のボンディングステージ13 に向かう先端にはボンディングツールである キャピラリ17が取り付けられている。キャピ� ��リ17の先端側は先端に向かって細くなるテ� �パ形状で、根元側は円筒形状であり、円筒� �分でボンディングアーム16に取り付けられて いる。キャピラリ17は、その中心に貫通孔を� ��し、貫通孔には金製の細線であるワイヤ18� �挿通されている。キャピラリ17の先端から延 出したワイヤ18の先端にはスパーク等によっ� ��イニシャルボール19が形成される。ボンデ� �ングヘッド15とボンディングアーム16とキャ� ��ラリ17とボンディングステージ13とは基板41� ��基板41に取り付けられた半導体チップ42との 間をワイヤ18で接続するボンディング処理部1 00を構成する。

 図1及び図2に示すようにチャンバ12は、架 台11に取り付けられ、ボンディングステージ1 3と搬送路14とを囲む段差の有る箱形形状で、 供給スタック53からチャンバ12内部の搬送路14 に供給される基板41が入る側の側板には入口� ��ロット51が設けられ、チャンバ12の搬送路14� ��らボンディング処理の終了した製品を製品� ��タック54に排出する側の側板には出口スロ� �ト52が設けられている。また、チャンバ12の� ��ンディングステージ13を囲む側の上面板12a� �、ボンディングステージ13とボンディングア ーム16との間に設けられ、上面板12aにはボン� ��ィングアーム16に取り付けられたキャピラ� �17が貫通するキャピラリ用孔55が設けられて� ��る。ボンディングステージ13よりも搬送路14 の搬送方向上流側にある洗浄位置27を覆う上� ��板12bは上面板12aと段差を持って配置されて� ��る。

 図1及び図2に示すように、チャンバ12の洗 浄位置27側の上面板12bにはプラズマ化したガ� ��を洗浄位置27に停止している基板41に照射す る第1のプラズマトーチ20が洗浄位置27に停止� ��た基板41に対して略垂直となるように取り� �けられている。第1のプラズマトーチ20は、� �ャンバ12内にあって、プラズマ化したガスが 噴出する開口を有する先端部21と、プラズマ� ��ス発生用の高周波電力が供給される外部電� ��22と、プラズマ用ガスが導入されるガス導� �管23とを備え、ガス導入管23は上面板12bを貫� ��してチャンバ12外部に突出し、ガス導入管23 に接続されたガス配管24によってプラズマ用� ��ス供給部60に接続され、外部電極22は上面板 12bを貫通する電線25によって高周波電力供給� ��70に接続されている。

 図1及び図2に示すように、チャンバ12のボ ンディングステージ13側の上面板12aには、キ� ��ピラリ用孔55の両側に対向するように2つの� ��2のプラズマトーチ30が設けられている。各� ��2のプラズマトーチ30はチャンバ12の内部に� �ンディングステージ13のボンディング面に略 平行で、プラズマ化したガスが噴出する先端 部31はキャピラリ17先端に成形されたイニシ� �ルボール19に向かうように取り付けられてい る。また、第2のプラズマトーチ30は、プラズ マガス発生用の高周波電力が供給される外部 電極32と、プラズマ用ガスが導入されるガス� ��入管33とを備えている。ガス導入管33はチャ ンバ12の内部で屈曲し上面板12aを貫通してチ� ��ンバ12の外部に突出し、ガス導入管33に接続 されたガス配管34によってプラズマ用ガス供� ��部60に接続され、外部電極32は上面板12bを貫 通する電線35によって高周波電力供給部70に� �続されている。

 チャンバ12には図示しない不活性ガス供� �装置が接続され、チャンバ12内に不活性ガス を供給している。不活性ガスとしては、窒素 などが用いられる。チャンバ12内に供給され� ��不活性ガスは入口スロット51、出口スロッ� �52或いはキャピラリ用孔55から流出し、これ� ��の開口部から外気がチャンバ12内に浸入す� �ことを防止し、チャンバ12の内部を不活性ガ ス雰囲気に保持する。また、入口、出口スロ ット51,52に蓋を取り付けて不活性ガスの流出� ��抑制するよう構成しても良い。

 図3に示すように、第1のプラズマトーチ20 は、絶縁体からなる円筒形状で先端の開口か らプラズマ化したガスを噴出する先端部21と� ��先端部21の外部に設けられた円筒形状の外� �電極22と、先端部21に接続され、導電性材料� ��構成された円筒形状のガス導入管23と、ガ� �導入管23の内部に設けられ、一端がガス導入 管23の内面に接触し、他端が先端部21の内部� �延びる内部電極28とを備えている。ガス導入 管23は電気的に接地されている。プラズマ用� ��ス供給部60は、プラズマの源となるガスを� �給する機能を有し、具体的には、還元処理� �ガスを希ガスに混合するための混合ボック� �61と、希ガス源としてのアルゴンガスが充填 されたアルゴンガスボンベ62と還元処理用の� ��素ガスが充填された水素ガスボンベ63と各� �スボンベ62,63と混合ボックス61とを接続する� ��続配管64,65とプラズマ用ガスを供給するプ� �ズマ用ガス供給管66とを備えている。プラズ マ用ガス供給管66はガス配管24によってガス� �入管23に接続されている。本実施形態では、 希ガスとしてアルゴンガスを用いることとし て説明するが、窒素ガスなどを用いてもよい 。

 図3に示すように、高周波電力供給部70は� ��第1のプラズマトーチ20の外部電極22にプラ� �マの発生を維持するための高周波電力を供� �するもので、整合回路71と高周波電源72とを� ��えている。整合回路71は外部電極22に高周波 電力を供給する際の電力反射を抑制するため の回路で、例えばLCR共振回路などが用いられ る。高周波電源72は例えば100Mzから500MHz等の� �波数の電源を用いることができる。供給す� �電力の大きさは、プラズマ用ガス供給部60か ら供給されるプラズマ用ガスの種類、流量、 プラズマの安定性を考慮して決定される。高 周波電源72の制御は制御部80によって行われ� �。高周波電源72と整合回路71は高周波電力接� ��線73によって接続され、高周波電力は整合� �路71から高周波電力出力線74を通って電線25� �出力される。

 図3に示すように、第1のプラズマトーチ20 は、内部電極28、接地されたガス導入管23と� �部電極22との間に高周波電力を通電すること によってガス導入管23から導入されたガスを� ��ラズマ化し、プラズマ化したガスを先端部2 1の開口から基板41と基板の上に取り付けられ ている半導体チップ42に向かって照射する。� ��3中のクロスハッチングした領域はプラズマ 化したガスの噴流26を示す。図3に示すように 、先端部21から噴出したプラズマ化したガス� ��噴流26は、基板41と半導体チップ42に向かっ� ��広がるように噴出し、半導体チップ42の表� �に形成されているパッド43と基板41の上に形� ��されている電極44のボンディングする領域� �カバーしている。このため、基板41を洗浄位 置27に停止させ、第1のプラズマトーチ20によ� ��てプラズマ化したガスを照射すると、半導� ��チップ42の各パッド43と基板41の各電極44と� �同時に表面処理することができる。本実施� �態では、第1のプラズマトーチ20は1本で各パ� ��ド43と電極44をカバーすることとして説明し たが、第1のプラズマトーチ20を複数本設ける ようにしても良いし、第1のプラズマトーチ20 からプラズマ化したガスを基板41、半導体チ� ��プ42に向けて照射した状態で基板41を移動さ せて各パッド43,電極44の表面処理を行うよう� ��構成してもよい。

 図4に示すように、第2のプラズマトーチ30 は、第1のプラズマトーチ20と同様、絶縁体か らなる円筒形状で先端の開口からプラズマ化 したガスの噴流36を噴出する先端部31と、先� �部31の外部に設けられた円筒形状の外部電極 32と、先端部31に接続され、導電性材料で構� �された円筒形状のガス導入管33と、ガス導入 管33の内部に設けられ、一端がガス導入管33� �内面に接触し、他端が先端部31の内部に延び る内部電極38とを備えている。ガス導入管33� �図3に示したプラズマ用ガス供給部60に接続� �れ、外部電極32は高周波電力供給部70に接続� ��れている。また、ガス導入管33は接地され� �いる。2つの第2のプラズマトーチ30は、内部� ��極38、接地されたガス導入管33と外部電極32� ��の間に高周波電力を通電することによって� ��ス導入管33に導入されたプラズマ用ガスを� �ラズマ化し、プラズマ化したガスを先端部31 の開口からキャピラリ17の先端に延出したイ� ��シャルボール19に向かって照射する。

 以上のように構成されたボンディング装� ��10によって基板41表面の電極44、半導体チッ� ��42表面のパッド43、イニシャルボール19、ワ� ��ヤ18の表面処理工程とボンディング工程と� �ついて説明する。

 図2に示すように、供給スタック53にスト� ��クされている基板41は入口スロット51から搬 送路14に供給される。基板41には前の工程で� �導体チップ42が取り付けられている。制御部 80は搬送路14によって基板41を不活性ガス雰囲 気に保持されたチャンバ12の内部に導入し、� ��1のプラズマトーチ20の取り付けられている� ��浄位置27まで移動させる。基板41を洗浄位置 27まで移動させると、制御部80は、第1の表面� ��理工程を行う。制御部80は、第1のプラズマ� ��ーチ20にプラズマ用ガス供給部60からプラズ マ用ガスを供給すると共に、外部電極22に高� ��波電力供給部70から高周波電力を供給し、� �1のプラズマトーチ20の内部でプラズマ用ガ� �をプラズマ化し、図3に示した様にプラズマ� ��したガスを基板41の電極44の表面と半導体チ ップ42のパッド43の表面とに向かって噴出さ� �、パッド43と電極44の表面処理を行う。この� ��、常時プラズマ化したガスを噴出させても� ��いし、基板又は半導体チップごとに噴出さ� ��るようにしてもよい。プラズマ化したガス� ��チャンバ12内部の不活性ガス雰囲気の中で� �ッド43と電極44の表面に照射され、パッド43� �電極44表面の汚染、水分或いは異物を除去し 、清浄表面とする。また、プラズマ用ガスに は還元ガスとしての水素が混合されているの で、パッド43と電極44表面の酸化膜の除去も� �時に行う。所定の時間だけ第1のプラズマト� ��チ20からのプラズマ化したガスの照射を行� �と、制御部80は第1の表面処理工程を終了す� �。

 制御部80は、第1の表面処理工程を終了す� ��と、搬送路14によって基板41をボンディング ステージ13の上に搬送し、ボンディングステ� ��ジ13の真空吸着孔を真空として基板41をボン ディングステージ13のボンディング面に吸着� ��定する。制御部80は、図示しないスパーク� �置によってキャピラリ17の先端から延出する ワイヤ18をイニシャルボール19に成形する。� �して、ボンディングヘッド15内部のZ方向モ� �タを駆動して、形成したイニシャルボール19 の位置が不活性ガス雰囲気に保持されている チャンバ12の内部であって、第2のプラズマト ーチ30から噴出したプラズマ化したガスが当� ��る位置に調整する。

 図5に示すように、イニシャルボール19の� ��さの調整が終了したら、制御部80は、2つの� ��2のプラズマトーチ30にプラズマ用ガス供給� ��60からプラズマ用ガスを供給すると共に、� �部電極32に高周波電力供給部70から高周波電� ��を供給し、第2のプラズマトーチ30の内部で� ��ラズマ用ガスをプラズマ化し、プラズマ化� ��たガスをイニシャルボール19の側面に向か� �て噴出させ、イニシャルボール19表面の表面 処理を行う。プラズマ化したガスはチャンバ 12内部の不活性ガス雰囲気の中でイニシャル� ��ール19の表面に対向する2方向から照射され� ��イニシャルボール19表面の汚染、水分或い� �異物を除去し、清浄表面とする。また、プ� �ズマ用ガスには還元ガスとしての水素が混� �されているので、スパークによってイニシ� �ルボール19を成形した際に表面に成形された 酸化膜の除去も同時に行う。所定の時間だけ 第2のプラズマトーチ30からのプラズマ化した ガスの照射を行うと、制御部80は第2の表面処 理工程を終了する。

 第1の表面処理工程、第2の表面処理工程� �も不活性ガス雰囲気に保持されたチャンバ12 の内部で行われているため、プラズマ化した ガスの照射によって表面処理したパッド43,電 極44の表面やイニシャルボール19の表面は清� �な状態を保っている。また、プラズマ化し� �ガスを照射することによって金属表面が活� �化され、接合しやすい状態となっている。

 図6に示すように、制御部80は、第2の表面 処理工程を終了すると、ボンディング工程を 開始する。表面に半導体チップ42の取り付け� ��れた基板41をボンディング面に吸着してい� �ボンディングステージ13は、制御部80の指令� ��よって、1次ボンディングしようとするパッ ド43の上にキャピラリ17の中心が来るようにXY 方向に移動する。そして、パッド43の位置が� ��ャピラリ17の中心位置になったら、制御部80 はボンディングステージ13のXY方向の移動を� �止し、ボンディングヘッド15のZ方向モータ� �駆動してボンディングアーム16を下動させ、 キャピラリ17をボンディングステージ13に向� �て降下させる。そして、キャピラリ17の先端 のイニシャルボール19をパッド43に押し付け� �。イニシャルボール19はパッド43に押し付け� ��れると変形して圧着ボール19aとなってワイ� ��18とパッド43の接合が行われる。この接合は 、不活性ガスの雰囲気を保持しているチャン バ12の中で行われ、パッド43とイニシャルボ� �ル19の各表面が清浄で活性のある状態で行わ れるので、超音波加振或いはパッド43の加熱� ��用いなくとも良好なボンディングを行うこ� ��ができる。このボンディング工程中、第2の プラズマトーチ30からのプラズマ化したガス� ��照射は継続して行ってもよいし、ボンディ� ��グ工程中は停止していてもよい。

 図7に示す様に、パッド43へのイニシャル� ��ール19のボンディングが終了したら、制御� �80は、ボンディングヘッド15のZ方向モータを 駆動してキャピラリ17の先端からワイヤ18を� �り出しながらキャピラリ先端のワイヤ18に第 2のプラズマトーチ30から噴出するプラズマ化 したガスが当たる高さまで上昇させる。そし て、制御部80は、第2のプラズマトーチ30から� ��プラズマ化したガスの照射を行い、繰り出� ��れたワイヤ18の表面処理を行う。

 図8に示す様に、キャピラリ17が所定の高� ��まで上昇したらキャピラリ17の先端からワ� �ヤ18を繰り出しながらボンディングステージ 13をXY方向に移動させて2次ボンディングしよ� ��とする電極44の上にキャピラリ17の中心が来 るようにワイヤ18をルーピングする。ルーピ� ��グの際、キャピラリ17の先端に繰り出され� �ワイヤ18は第2のプラズマトーチ30から噴出す るプラズマ化したガスの中を通った状態とな るので、繰り出されたワイヤ18の表面は連続� ��に洗浄、表面処理される。

 図9に示すように、キャピラリ17の中心が2 次ボンディングしようとする電極44の上に来� ��と、制御部80は、ボンディングステージ13の 移動を停止し、ボンディングヘッド15のZ方向 モータを駆動してボンディングアーム16を下� ��させ、キャピラリ17をボンディングステー� �13に向けて降下させてキャピラリ17の先端に� ��り出したワイヤ18を電極44に押し付けてワイ ヤ18と電極44を接合する。この接合は、不活� �ガス雰囲気を保持しているチャンバ12の中で 行われ、電極44とワイヤ18双方の各表面が清� �で活性のある状態で行われるので、超音波� �振或いは電極44の加熱を用いなくとも良好な ボンディングを行うことができる。

 以上説明したように、本実施形態のボン� ��ィング装置10は、不活性ガス雰囲気のチャ� �バ12の中で第1のプラズマトーチ20によってパ ッド43と電極44との表面処理を行った後、チ� �ンバ12の中でボンディングステージ13に移動� ��、チャンバ12の中でイニシャルボール19の表 面処理を行った後、チャンバ12の中で表面処� ��されたパッド43に表面処理されたイニシャ� �ボール19を押し付けて接合するので、パッド 43、イニシャルボール19双方の表面を清浄で� �性のある状態でボンディングすることがで� �、良好な接合を行うことができるという効� �を奏する。また、清浄で活性のある表面同� �の接合となるので、超音波加振や加熱を行� �なくとも良好な接合をすることができるこ� �から、超音波振動や加熱によって半導体チ� �プ42の受けるダメージを抑制することができ るという効果を奏する。

 本実施形態のボンディング装置10は、イ� �シャルボール19を接合したパッド43からワイ� ��18を第2のプラズマトーチ30によって表面処� �しながら2次ボンディングする電極44の上に� �ーピングして、表面処理されたワイヤ18を表 面処理された電極44に押し付けて接合するの� ��、ワイヤ18の電極44への接合の際も、電極44� ��表面処理された面にワイヤ18の表面処理さ� �た面を接合するので、電極44、ワイヤ18双方� ��表面が清浄で活性のある状態でボンディン� ��することができ、良好な接合を行うことが� ��きるという効果を奏する。また、清浄で活� ��のある表面同士の接合となるので、超音波� ��振や加熱を行わなくとも良好な接合をする� ��とができ、簡便にボンディングを行うこと� ��できるという効果を奏する。

 また、本実施形態のボンディング装置10� �は、プラズマ用ガスに還元ガスである水素� �スを混合しているので、プラズマ化したガ� �を照射することによって表面の汚染、水分� �いは異物の除去に加えて表面の酸化皮膜の� �去も同時に行うことができるという効果を� �する。

 以上述べたように、本実施形態のボンデ� ��ング装置10は、ボンディング対象及びイニ� �ャルボール19、ワイヤ18双方の表面処理を効� ��的に行うことができ、良好な接合を行うこ� ��ができるという効果を奏する。

 本実施形態の第1、第2のプラズマトーチ20 ,30は、希ガスと水素ガスとを混合ボックス61� ��混合した混合ガスをプラズマ化して対象に� ��射するものとして説明したが、プラズマ化� ��た希ガスに水素ガスを混入したものとして� ��良い。図10に示すように、ガス導入管23,33に は希ガスを導入し、内部電極28,38、ガス導入� ��23,33と外部電極22,32との間に高周波電力を通 電することによってガス導入管23,33から導入� ��れた希ガスをプラズマ化し、先端部21,31に� �けた水素混入ノズル67からプラズマ化した希 ガスに水素ガスを混入させて先端部21,31の各� ��口からプラズマ化した希ガスに水素ガスを� ��入させたガスを噴出させるようにしてもよ� ��。また、図10に示すように、各開口から噴� �したプラズマ化した希ガスの各噴流26,36に延 びてプラズマ化した希ガスに水素ガスを混入 させるような水素混入ノズル68としてもよい� ��

 以上説明した本実施形態では、プラズマ� ��源となるガスとしてアルゴンなどの希ガス� ��用いることとして説明したが、希ガスに換� ��て窒素をプラズマの源となるガスとして用� ��ることとしても良い。また、水素ガスを希� ��スに混合させてからプラズマ化したり、プ� ��ズマ化した希ガスに水素混入ノズル67,68か� �水素ガスを混入させたりすることとして説� �したが、水素ガスの代わりに酸素ガスを混� �或いは混入させることとしても良い。酸素� �スを混入させる場合には、図10で説明した水 素混入ノズル67,68と同様の形状の酸素混入ノ� ��ルから酸素をプラズマ化したガスに混入さ� ��ることができる。このように酸素を混入さ� ��ることによって表面処理を行う基板41表面� �電極44、半導体チップ42表面のパッド43、イ� �シャルボール19、ワイヤ18表面の有機物汚染� ��除去効果を向上させることができる。

 また、本実施形態では、基板41の電極44に ワイヤ18をボンディングする場合について説� ��したが、本発明は、リードフレームのリー� ��にワイヤ18をボンディングする場合にも適� �することができる。

 本実施形態では、ワイヤ18の繰り出し、� �ーピングの際に第2のプラズマトーチ30によ� �てワイヤ18の表面処理を行うこととして説明 したが、ワイヤ18の表面が清浄な状態であれ� ��、ワイヤ18の繰り出し、ルーピングの際の� �イヤ18の表面処理を省略してもよい。この場 合には、ワイヤ18の繰り出し高さは第2のプラ ズマトーチ30のプラズマ化したガスの当たる� ��さよりも低い高さまでの繰り出しでよく、� ��イヤループの高さを低くすることができる� ��