JP3970732B2 - Joining method and apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップやウエハー、各種回路基板等の、基材の表面に金属接合部を有する被接合物同士を接合する接合方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
金属接合部を有する被接合物同士を接合する方法として、シリコンウエハーの接合面同士を接合するに際し、接合に先立って室温の真空中で不活性ガスイオンビームまたは不活性ガス高速原子ビームを照射してスパッタエッチングする、シリコンウエハーの接合法が開示されている(たとえば、特許文献1参照)。この接合法では、シリコンウエハーの接合面における酸化物や有機物等が上記のビームで飛ばされて活性化された原子で表面が形成され、その表面同士が、原子間の高い結合力によって接合される。したがって、この方法では、基本的に、接合のための加熱を不要化でき、活性化された表面同士を単に接触させるだけで、常温またはそれに近い低温での接合が可能になる。
【0003】
しかし、この接合法において常温またはそれに近い低温での接合を行うには、上記のようなエネルギー波によるエッチングにより表面活性化された金属接合部の接合面同士を接合するに際し、接合面には、接合されるまで、その接合に必要な表面活性化状態に維持されていなければならない。上記特許文献1では、真空チャンバ内で洗浄、接合を行うようになっており、試験的な装置としては目標とする常温またはそれに近い低温での接合を行うことが可能であるものの、現実の生産機においては、洗浄と接合を別の場所で行うことが要求される場合が殆どであり、洗浄された被接合物を洗浄場所から接合場所へと移送し、接合に必要な配置にセットしなければならない。したがって、被接合物を保持して搬送する手段が必要になる。
【0004】
このような搬送手段には、事前に洗浄された接合面に触れないように被接合物を保持する機能が要求され、そのような要求を満たす手段として、被接合物をその洗浄接合面に触れないように吸着保持する手段が提案されている(たとえば、特許文献2)。
【0005】
【特許文献1】
特許第2791429号公報(特許請求の範囲)
【特許文献2】
特開2002−64266号公報(特許請求の範囲、図1、3−6)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、単に、洗浄接合面に触れないように被接合物を吸着保持するためだけであれば、特許文献2に提案されている手段で十分であるが、エネルギー波による接合面の洗浄により、金属接合部同士の接合が格段に容易になり、低温での接合まで可能になるという優れた効果をより確実に得るためには、洗浄後実際に接合される瞬間まで、洗浄された接合面が、酸化等を生じることなく、所定の表面活性化状態に保たれていることが望まれる。特許文献2に記載されている方法では、接合面が洗浄された被接合物が、洗浄部から取り出され、接合動作部に搬送され、接合動作部内で所定の接合姿勢にセットされ、さらに実際に金属接合部同士が接合されるまで、酸化性雰囲気である大気に曝された状態となるおそれがあり、接合面を接合直前まで、酸化膜や不純物付着のない純度の高い表面活性化状態に維持することは難しい。
【0007】
そこで本発明の課題は、エネルギー波により金属接合部の接合面を洗浄した被接合物同士を接合するに際し、洗浄から接合までの間、可能な限り、洗浄された接合面を適切に好ましい表面活性化状態に維持できるようにし、とくに、被接合物を搬送している間にも適切に好ましい表面活性化状態に維持できるようにし、金属接合部同士をより良好にかつ容易に接合できるようにした接合方法および装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る接合方法は、基材の表面に金属接合部を有する被接合物同士を接合するに際し、洗浄部で被接合物の金属接合部の接合面をエネルギー波により洗浄した後、該接合面に対し非接触の状態にて該被接合物を接合動作部へ搬送し、該接合動作部で両被接合物を対向配置させた後金属接合部同士を接合する方法であって、前記洗浄部から接合動作部の前記対向配置位置までの被接合物の搬送経路の少なくとも一部で、前記接合面を、Arガス等の不活性ガスまたは窒素ガス等の非酸化ガスであってそのガス雰囲気に保つことにより前記エネルギー波により洗浄された金属接合部の接合面に酸化膜や有機物層が形成されたり不純物が付着したりするのを防止できるガスである特殊ガスの雰囲気に曝した状態にて、被接合物を保持し搬送する特殊ガス雰囲気下保持搬送工程を有するとともに、該特殊ガス雰囲気下保持搬送工程が、前記特殊ガスを噴出し噴出後に吸引するガス吹出・吸引孔を有するアタッチメントを用いて被接合物を吸着保持する工程を含み、該吸着保持工程では、アタッチメントの前記ガス吹出・吸引孔から被接合物に向けて特殊ガスを噴出させることにより、アタッチメント内に特殊ガスが充満されて被接合物上の雰囲気を特殊ガスに置換することにより被接合物の前記接合面を特殊ガス雰囲気下に置き、その状態でアタッチメントを被接合物にその接合面に対しては非接触の状態にて接触させた後、前記ガス吹出・吸引孔を通してアタッチメント内に充満されていた特殊ガスを吸引して被接合物をアタッチメントに吸着保持させることを特徴とする方法からなる。
【0009】
ここで特殊ガスとは、Arガス等の不活性ガスや、窒素ガス等の非酸化ガスを言い、そのガス雰囲気に保つことにより、エネルギー波により洗浄された金属接合部の接合面に、酸化膜や有機物層が形成されたり、不純物が付着したりするのを防止できるガスのことを言う。換言すれば、そのガス雰囲気に保つことにより、洗浄された接合面をピュアな状態に保ち、所定の表面活性化状態を維持可能なガスのことを言う。
【0010】
上記特殊ガス雰囲気下保持搬送工程は、上記の如く、アタッチメントを用いて被接合物を吸着保持する工程を含み、該吸着保持工程では、アタッチメント側から特殊ガスを噴出しアタッチメント内を特殊ガスで充満させた状態にてアタッチメントを被接合物に接触させた後、アタッチメント内のガスを吸引して被接合物を吸着するようにする。また、被接合物を受け渡し後、真空破壊する場合においても、特殊ガスを噴出することにより真空状態を大気圧へと破壊し、被接合物を離すことができる。この吸着保持工程には、一方の被接合物を吸着保持した後反転させて上記対向配置位置へと受け渡す場合には(たとえば、いわゆるフリップチップ工程がある場合には)、その工程にこの吸着保持を適用することが好ましい。また、上記洗浄部から被接合物を直接取り出す工程に、この吸着保持を適用することも好ましい。
【0012】
さらに、接合動作部内に、移送されてきた被接合物を一旦載置する工程を有する場合には、上記特殊ガス雰囲気下保持搬送工程に加え、上記一旦載置場所にて被接合物の接合面に向けて特殊ガスを局部的に噴出する工程を有すること、つまり、特殊ガスで被接合物の接合面部の雰囲気を局部的にパージする工程を有することが好ましい。さらに、前記接合動作部で両被接合物を対向配置させた後、両被接合物間に特殊ガスを局部的に噴出する工程を有することも好ましい。すなわち、洗浄部から取り出された後、実際に接合される時まで、上記特殊ガス雰囲気下保持搬送工程に加え、その保持搬送が行われていないときには特殊ガスの局部的なパージを行うことにより、洗浄された被接合物の接合面が極力酸化性雰囲気や大気に曝されないようにし、表面活性化状態を維持できるようにするのである。
【0013】
また、上記接合方法において、金属接合部同士の接合方法としては、加圧、加熱、超音波印加の少なくとも一つの方法を用いて接合することが好ましく、これによって、より容易にかつ確実に接合できるようになる。被接合物同士の接合は、大気中で行うこともできるし、減圧中(真空中)で行うこともでき、さらには、不活性ガス中で行うこともできる。
【0014】
エネルギー波による洗浄には、取り扱い易さ、制御の容易性等の面から、プラズマを用いることが好ましく、中でも、Arガス雰囲気中で発生させたArプラズマを用いることが好ましい。
【0015】
上記エネルギー波による洗浄では、金属接合部の接合される全表面で1nm以上の深さにエッチングすることが好ましい。このような深さ以上にエッチング可能なエネルギー波照射により、大気中であっても、金属接合部同士を接合するに必要な表面性状を得ることが可能になる。
【0016】
本発明に係る接合は、とくに、表面が金、銅、Al、In、Snのいずれかにより構成されている金属接合部同士を接合する場合に好適である。たとえば、互いに接合される金属接合部の組み合わせとして、金、銅、Al、In、Snのいずれかの同種金属同士、あるいは任意の2つの異種金属同士、あるいは、一方を金とし他方を銅、Al、In、Snのいずれかとする組み合わせとすることができる。中でも、金同士の接合の場合、常温でも確実に接合できるようになる。ただし、金同士の接合以外の場合でも(たとえば、金/銅、金/アルミニウム等の接合等)、常温あるいはそれに近い低温での接合を可能とすることができる。また、少なくとも一方の金属接合部を特定の金属、たとえば金で構成する場合、金属接合部を形成する電極等の全体を金で構成することもできるが、表面だけを金で構成することもできる。表面を金で構成するための形態はとくに限定されず、金めっきの形態や金薄膜をスパッタリングや蒸着等により形成した形態を採用すればよい。
【0017】
また、金属接合部同士の接合に際し、表面同士が良好に密着できるように、少なくとも一方の金属接合部の表面硬度がビッカース硬度Hvで120以下、さらに好ましくはアニーリングにより硬度を100以下に下げたものがよい。たとえば、表面硬度Hvを30〜70の範囲内(たとえば、平均Hvを50)とすることが好ましい。このような低硬度としておくことで、接合圧力印加時に金属接合部の表面が微細に適当に変形し、より密接な接合が可能となる。
【0018】
本発明に係る接合装置は、基材の表面に金属接合部を有する被接合物同士を接合する装置であって、金属接合部の接合面をエネルギー波により洗浄する洗浄手段と、該洗浄手段による洗浄後に被接合物同士を対向配置して金属接合部同士を接合する接合手段と、洗浄手段と接合手段との間に設けられ、洗浄手段により洗浄された接合面に対し非接触の状態にて該被接合物を接合動作部へ搬送する手段とを備えた接合装置において、前記搬送手段の少なくとも一部の手段が、前記接合面を、Arガス等の不活性ガスまたは窒素ガス等の非酸化ガスであってそのガス雰囲気に保つことにより前記エネルギー波により洗浄された金属接合部の接合面に酸化膜や有機物層が形成されたり不純物が付着したりするのを防止できるガスである特殊ガスの雰囲気に曝した状態にて、被接合物を保持し搬送する特殊ガス雰囲気下保持搬送手段からなり、該特殊ガス雰囲気下保持搬送手段が、前記特殊ガスを噴出し噴出後に吸引するガス吹出・吸引孔を有するとともに被接合物を吸着保持するアタッチメントを有し、該アタッチメントの前記ガス吹出・吸引孔から被接合物に向けて特殊ガスを噴出させることにより、アタッチメント内に特殊ガスが充満されて被接合物上の雰囲気を特殊ガスに置換することにより被接合物の前記接合面を特殊ガス雰囲気下に置き、その状態でアタッチメントを被接合物にその接合面に対しては非接触の状態にて接触させた後、前記ガス吹出・吸引孔を通してアタッチメント内に充満されていた特殊ガスを吸引して被接合物をアタッチメントに吸着保持させる手段からなることを特徴とするものからなる。
【0019】
上記特殊ガス雰囲気下保持搬送手段としては、上記の如く、被接合物を吸着保持するアタッチメントを有し、該アタッチメント側から特殊ガスを噴出しアタッチメント内を特殊ガスで充満させた状態にてアタッチメントを被接合物に接触させた後、アタッチメント内のガスを吸引して被接合物を吸着する手段から構成する。また、被接合物を受け渡し後、真空破壊する場合においても、特殊ガスを噴出することにより真空状態を大気圧へと破壊し、被接合物を離すように構成することができる。このようなアタッチメントを有する特殊ガス雰囲気下保持搬送手段は、一方の被接合物を吸着保持した後反転させて前記対向配置位置へと受け渡す手段中に設けることができる。また、前記洗浄手段から被接合物を直接取り出す手段中に設けることもできる。
【0021】
さらに、上記接合動作部内に、搬送されてきた被接合物の一旦載置場所が設けられている場合には、洗浄された接合面が極力望ましくない雰囲気に曝されないように、該一旦載置場所に、被接合物の接合面に向けて特殊ガスを局部的に噴出する手段を設けることもできる。また、上記接合動作部における被接合物の対向配置位置に、両被接合物間に特殊ガスを局部的に噴出する手段を設けることもできる。
【0022】
上記接合手段は、加圧手段、固相での金属間の接合を促進させるために180℃以下好ましくは150℃未満に加熱する加熱手段、超音波印加手段の少なくとも一つの手段を有することが好ましい。この接合手段は、大気中で金属接合部同士を接合する手段から構成することもできるし、減圧中で金属接合部同士を接合する手段から構成することもでき、さらに、不活性ガス中で金属接合部同士を接合する手段から構成することもできる。
【0023】
また、上記洗浄手段としては、プラズマ照射手段が好ましく、中でも、Arプラズマ照射手段が好ましい。
【0024】
また、上記洗浄手段は、金属接合部同士を大気中で接合する場合にも必要な表面エッチングを行えるようにするために、金属接合部の接合される全表面で1nm以上の深さののエッチングが可能なエネルギー以上でエネルギー波を照射する手段からなることが好ましい。
【0025】
また、接合される両金属接合部の表面金属種の組み合わせは、前述したように、金、銅、Al、In、Snのいずれかの同種金属同士、あるいは任意の2つの異種金属同士、あるいは、一方を金とし他方を銅、Al、In、Snのいずれかとする組み合わせとすることができる。中でも、金同士の組み合わせとする場合、接合が最も容易になる。
【0026】
さらに、金属接合部同士がより密接に接合されるように、少なくとも一方の金属接合部の表面硬度がビッカース硬度Hvで120以下好ましくは100以下とされていることが望ましい。
【0027】
上記のような本発明に係る接合方法および装置においては、被接合物の金属接合部の表面にエネルギー波が照射され、表面がエッチングにより洗浄され活性化された金属接合部同士が常温等の条件下で接合される。洗浄された後実際に接合されるまでの間には、被接合物の搬送、各種ハンドリングや所定位置への配置等の工程が入るが、このうち特に搬送経路の少なくとも一部において保持搬送されている際に、洗浄後の接合面に接する雰囲気を特殊ガス雰囲気に維持し、その状態にて所定の保持搬送動作を行わせる。したがって、この保持搬送中には、洗浄により表面が活性化された金属接合部の接合面は、実質的に特殊ガスのみに接触することになり、大気には触れない。その結果、接合面を望ましいピュアな状態に維持することができ、その後の実際の接合がより容易に行われるとともに接合の信頼性が向上する。
【0028】
さらに、被接合物の一旦載置場所や対向配置位置にて、接合面に向けて局部的に特殊ガスを供給すれば、上記特殊ガス雰囲気下保持搬送工程以外の工程でも、接合面を望ましいピュアな状態に維持することができる。したがって、洗浄から実際の接合に至るまで、接合面が望ましくない雰囲気に極力触れないようにすることができ、望ましいピュアな状態に維持したまま実際の接合を容易にかつ確実に行うことができる。
【0029】
このようにエネルギー波洗浄による接合面の表面活性化による効果を実際の接合に至るまで確実に維持することが可能になり、エネルギー波洗浄による接合容易化の効果を最大限発揮させることができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施態様に係る接合装置1を示しており、基材の表面に金属接合部2または3を有する被接合物4または5は、エネルギー波による洗浄手段としてのプラズマ照射手段8から照射されたプラズマ9によって金属接合部2、3の接合面がエッチングにより洗浄される(洗浄工程)。本実施態様では、真空ポンプ6により減圧され所定の真空度にされたチャンバ7内で、プラズマ9によって金属接合部2、3の接合面がエッチングにより洗浄されるようになっている(洗浄工程)。さらに、本実施態様では、ポンプ10によりチャンバ7内にArガスを供給できるようになっており、Arガス雰囲下でプラズマ照射できるようになっている。洗浄された被接合物4、5は、洗浄チャンバ7内から取り出され、接合工程(接合動作部11)にて、金属接合部2、3同士が、たとえば大気中で接合される。ただし、この接合動作部11を、たとえば全体的にあるいは局部的にチャンバ(図示略)で囲み、内部を減圧状態(あるいは真空状態)、あるいは不活性ガスの減圧状態(あるいは大気圧状態)とし、その特殊雰囲気下で接合を実施することもできる。
【0031】
なお、上記において、被接合物4は、たとえばチップからなり、被接合物5は、例えば基板からなる。ただし、ここでチップとは、たとえば、ICチップ、半導体チップ、光素子、表面実装部品、ウエハーなど種類や大きさに関係なく基板と接合される側の全ての形態のものを指す。この被接合物4上に、金属接合部2として、たとえばバンプが形成されている。また、基板とは、たとえば、樹脂基板、ガラス基板、フィルム基板、チップ、ウエハーなど種類や大きさに関係なくチップと接合される側の全ての形態のものを指す。また、チップと基板は位置を入れ替えてもかまわない。
【0032】
接合動作部11では、たとえば、所定の待機部に、上記洗浄された被接合物4、5が搬送された後一旦載置される。この一旦載置場所12から、被接合物4が、反転機構13のヘッド部14に、洗浄面に触れないように、後述のアタッチメントを介して吸着保持され、上下反転された後、ボンディングヘッド15の下部に設けられたボンディングツール16に受け渡され、金属接合部2が下方に向けられた形態でボンディングツール16に吸着等によって保持される。被接合物5は、一旦載置場所12から移載され、たとえば、ボンディングステージ17上に、金属接合部3が上方に向けられた形態で吸着等によって保持される。被接合物4用の移載機構と被接合物5用の移載機構とを共通化することも可能であるが、それぞれ別個に設けてもよい。別個に設ける場合には、被接合物4用の移載機構には、上記の如く反転機構13が設けられる。本実施態様では、ボンディングツール16に加熱手段としてのヒータ18が内蔵されており、特殊雰囲気中あるいは大気中にて、常温下での接合、加熱下での接合のいずれも可能となっている。また、ボンディングツール16に超音波印加手段22を設け、該超音波印加手段22、上述の加熱手段としてのヒータ18、後述の加圧手段の少なくともいずれかの手段を用いて接合する構成とすることもできる。
【0033】
本実施態様では、ボンディングヘッド15は、加圧手段19により、ボンディングツール16を介して被接合物4を下方に押圧できるようになっており、被接合物5に対して、所定の接合圧力を印加、コントロールできるようになっている。本実施態様では、ボンディングヘッド15は、上下方向(Z方向)に移動および位置決めできるようになっている。
【0034】
また、上記被接合物5を保持しているボンディングステージ17は、本実施態様では、下部に設けられている位置調整テーブル20による、X、Y方向の水平方向位置制御、θ方向の回転方向位置制御、および、X軸、Y軸周りの傾き調整制御により、被接合物4との間の相対位置合わせおよび平行度調整を行うことができるようになっており、金属接合部同士の接合時の隙間のばらつきを小さく抑えることもできるようになっている。この相対位置合わせおよび平行度調整は、被接合物4、5間に進退可能に挿入される認識手段、たとえば2視野の認識手段21(たとえば、2視野カメラ)により、被接合物4、5あるいはそれらの保持手段に付された認識マーク(図示略)を読み取り、読み取り情報に基づいて位置や角度の必要な修正を行うことにより、実施される。2視野の認識手段21は、X、Y方向、場合によってはZ方向への位置調整が可能となっている。この相対位置合わせおよび平行度調整は、本実施態様では主としてボンディングステージ17側で行われるが、ボンディングヘッド15またはボンディングツール16側で行うようにすることも可能であり、両側で行うことも可能である。両側で行う場合には、必要に応じて、ボンディングヘッド15側については昇降制御だけでなく回転制御および/または平行移動制御を行い、ボンディングステージ17側についても回転制御、平行移動制御および昇降制御などを行うことができ、これら制御形態は必要に応じて任意に組み合わせることが可能である。
【0035】
本実施態様では、まず、図2に示すように、上記のように構成された接合装置1の反転機構13のヘッド部14に所定のアタッチメント31が装着され、アタッチメント31を介して被接合物4が、その金属接合部2の洗浄面に触れないように吸着保持され、被接合物4は反転機構13により上下反転された後、ボンディングツール16に受け渡され、図1に示したように金属接合部2が下方に向けられた形態でボンディングツール16に吸着等によって保持されるようになっている。被接合物4用の所定サイズのアタッチメント31は、適当に設けられたアタッチメント置場から、選択されて取り出されればよい。アタッチメント31のヘッド部14への装着方法はとくに限定されず、機械的に取り付ける方法でもよく、図2に示したように、ヘッド部14に吸引孔32を設けておき、この吸引孔32を通しての吸引により、アタッチメント31をヘッド部14に吸着保持させるようにしてもよい。
【0036】
アタッチメント31には、不活性ガスや非酸化ガス等からなる特殊ガスを噴出するとともに、噴出後にアタッチメント31内から吸引するガス吹出・吸引孔33が設けられている。このガス吹出・吸引孔33には、ヘッド部14内に設けられたガス通路34が連通しており、ガス通路34には、図示を省略した特殊ガス供給手段および吸引手段が切替弁を介して接続されている。この部分の動作については後述する。
【0037】
なお、上記アタッチメント31は、図3に示すように、被接合物4を反転機構13を介して一旦載置場所12からボンディングツール16へと受け渡すまでの搬送経路71に用いられるものとして説明したが、同様の構成を有するアタッチメントを、洗浄チャンバ7から被接合物4(または/および被接合物5)を直接取り出す搬送経路72に、たとえば、一旦載置場所12までの搬送経路72にも適用できる。また、洗浄チャンバ7から被接合物4を取り出す搬送経路72と、その経路72から直接に、あるいは一旦載置場所12を経由して、反転機構13を備えた搬送経路71の両方に対して共通のアタッチメント31とすることもできる。さらに、一旦載置場所12から被接合物5をボンディングステージ17上に移送する搬送経路73に対しても、同様のアタッチメントを用いる構成を採用することができる。
【0038】
さらに、一旦載置場所12や、両被接合物4、5の対向配置位置においては、上記同様の特殊ガスを、金属接合部2、3の洗浄された接合面に対し局部的に噴出してガスパージを行い、該接合面に接触する雰囲気を実質的に特殊ガス雰囲気に維持することができる。たとえば図4に示すように、一旦載置場所12においては局部的に特殊ガスを噴出する手段としてのノズル81を設け、両被接合物4、5の対向配置位置においては、局部的に特殊ガスを噴出する手段としてのノズル82を設けることができる。
【0039】
上記のような接合装置を用いて本発明に係る接合方法は次のように実施される。まず、所定の真空度とされたチャンバ7内で、被接合物4としてのチップ4の金属接合部2(たとえば、バンプ)と、被接合物5としての基板5の金属接合部3(たとえば、電極)が、Arプラズマ洗浄され、表面が活性化される。プラズマ洗浄においては、後の接合のために表面異物層を除去し十分に表面活性化するために、金属接合部の接合される全表面で1nm以上エッチングできるようにプラズマ照射強度、時間を設定することが好ましい。
【0040】
表面洗浄されたチップ4および基板5は、一旦載置場所12に載置され、チップ4は上下反転されてボンディングツール16に、基板5は反転されずにボンディングステージ17に、それぞれ保持される。対向保持されたチップ4と基板5はは、2視野の認識手段21による読み取り情報に基づいて、所定の精度内に入るように位置合わせされ、平行度も所定の精度内に入るように調整される。
【0041】
この状態から、ボンディングツール16が降下され、加圧手段19により所定の接合圧力が印加され、必要に応じてヒータ18による加熱あるいは超音波印加手段22により超音波印加が併用され、チップ4の金属接合部2(バンプ)と基板5の金属接合部3が、たとえば大気中にて接合される。
【0042】
このような一連の動作においては、被接合物4、5は、洗浄チャンバ7から最終的な両被接合物の対向配置位置へと搬送されるが、この搬送経路の少なくとも一部において、本発明における特殊ガス雰囲気下保持搬送工程が設けられる。とくに、アタッチメント31を用いた特殊ガス雰囲気下保持搬送工程では、図5〜図7に示すように被接合物が保持搬送される。
【0043】
まず、図5に示すように、アタッチメント31をある程度被接合物4に近づけた状態で、ガス通路34を通して供給されてきた特殊ガスをガス吹出・吸引孔33から被接合物4に向けて噴出することにより、被接合物4上に特殊ガスを充満させ被接合物4上の雰囲気を特殊ガスに置換する。この状態で、アタッチメント31を、被接合物4に、その接合面に対しては非接触の状態にて、接触させる。この接触状態では、図6に示すように、アタッチメント31内に特殊ガスが充満され、閉じ込められた状態となる。接触後に、図7に示すように、ガス吹出・吸引孔33を通して、アタッチメント31内に充満されていた特殊ガスを吸引し、被接合物4をアタッチメント31に吸着保持させる。アタッチメント31に吸着保持させた状態では、被接合物4はアタッチメント31とともに所定の経路で搬送される。なお、特殊ガス吸引時には、被接合物に接触させた後吸引するのが好ましいが、既に特殊ガスが充満している雰囲気から吸引する場合には、接触前から吸引をスタートしてもよい。
【0044】
このように吸着保持された状態で搬送される際には、その動作開始時から、被接合物4の接合面は実質的に特殊ガス雰囲気下に置かれ、特殊ガスのみに接触することになるから、酸化膜や有機物層の発生や異物の付着が効果的に防止されることになり、接合面は望ましい表面活性化状態に保たれ、後の接合がより望ましい状態で行われることになる。
【0045】
このようなアタッチメント31を用いた特殊ガス雰囲気下保持搬送は、反転機構13を用いた被接合物4の反転搬送工程は勿論のこと、一旦載置場所12からボンディングステージ17上に被接合物5を搬送する工程や、洗浄チャンバ7から被接合物4、5を一旦載置場所12に搬送する工程にも適用でき、上記同様に、接合面の望ましい表面活性化状態への維持をはかることができる。
【0046】
上記アタッチメント31を用いて特殊ガス雰囲気下保持搬送を行った後には、被接合物4、5をボンディングツール16やボンディングステージ17上に移載しそこに保持させるため、アタッチメント31による吸着保持を解除する。このとき、アタッチメント31内の減圧(真空)状態を解除する必要があるため、アタッチメント31内の圧力を上げる(解放する)必要がある。この圧力解放のときにも、アタッチメント31内に特殊ガスを噴出することが好ましい。このとき空気を噴出すると、接合面に酸化を生じさせたり異物が付着したりするおそれがあるので、好ましくない。
【0047】
さらに、図4に示したように、一旦載置場所12や両被接合物4、5の対向配置位置において局部的に特殊ガスを噴出し、接合面に接触していた雰囲気を特殊ガスでパージするようにすれば、前記保持搬送中以外のときについても、接合面に接触する雰囲気を特殊ガス雰囲気に維持し続けることができ、接合面の望ましい表面活性化状態を維持することができる。したがって、このようにすれば、洗浄チャンバ7からの取り出しから実際に接合するまで、より確実に接合面の望ましい表面活性化状態を維持することができ、接合面のエネルギー波洗浄による接合の容易化効果を最大限発揮することが可能になる。その結果、接合自体は大気中でも行うことが可能になり、さらに、従来大気中では接合が困難であった異種金属間の接合(たとえば、金/銅など)も可能となる。また、接合の信頼性も向上し、接合条件の緩和(加圧力の低下、加熱温度の低下、超音波エネルギーの低下など)も可能になる。したがって、常温あるいはそれに近い低温での接合、さらには大気中での接合が可能となる。
【0048】
なお、上記実施態様では、被接合物を直接保持搬送する場合について説明したが、本発明に係る技術思想は、被接合物をトレイに載せ、そのトレイを保持して搬送する工程を有する場合にも応用可能である。たとえば参考例として、洗浄すべき被接合物をトレイに載せた状態で前述のチャンバ7内でエネルギー波洗浄し、洗浄後の被接合物をトレイに載せた状態で、たとえば前述の一旦載置場所12に搬送する場合には、図8に示すような方法を挙げることができる。
【0049】
図8は、洗浄チャンバ7内から、洗浄後の被接合物4、5をトレイ91に載せた状態で搬送する場合を示している。トレイ91は、たとえば機械的に挟み込むように保持手段92によって保持され、保持手段92に設けられた特殊ガス供給路93から、トレイ91内、とくにトレイ91上の被接合物4、5の接合面に向けて特殊ガスが噴出され、それまでの被接合物4、5上の雰囲気がパージされる。保持手段92とトレイ91とで囲まれた保持空間内が特殊ガスで置換され、トレイ91の保持搬送中には、被接合物4、5の接合面に接触する雰囲気が特殊ガス雰囲気に維持され、接合面が望ましい表面活性化状態に維持される。トレイ91ごと一旦載置場所12に搬送した後には、前述したのと同様の方法により、接合面に接触する雰囲気を特殊ガス雰囲気に維持し続ければよい。このような方式でも、洗浄チャンバ7からの取り出しから実際に接合するまで、確実に接合面の望ましい表面活性化状態を維持することができ、接合面のエネルギー波洗浄による接合の容易化効果を最大限発揮することが可能になる。
【0050】
本発明における特殊ガス雰囲気下保持搬送は、前述の如く各種場所に適用できるが、上記のようにトレイを用いる場合について各所に適用した望ましい全体構成例を参考例として図9に示す。図9においては、たとえばチップ41と基板42の入ったトレイ(ワークトレイ)43が段積みされたトレイチェンジャー44からトレイ43が取り出され、洗浄チャンバ45内に搬入される。この取り出し、搬入には、後述のトレイ取り出し用のトレイローダーを使用してもよく、別の専用手段を用いてもよい。洗浄チャンバ45内は、たとえば真空引きされた後、プラズマ発生用反応ガス46(たとえば、Arガス)に置換され、減圧下でチップ41と基板42の接合面がプラズマ洗浄される。洗浄されたチップ41と基板42を載せたトレイ43が、トレイローダー47によって洗浄チャンバ45内から取り出され、本発明に係る特殊ガス48でチップ41と基板42を載せたトレイ43上の雰囲気がパージされながら、ステージテーブル49上の待機部50に搬送される。トレイローダー47での上記パージは、たとえば多孔質板51を介して特殊ガスを供給することにより行われる。
【0051】
ステージテーブル49上の待機部50では、パージノズル52から吹き出された特殊ガス53でパージされながら、移動可能な蓋54により待機中のトレイ43上が覆われて特殊ガス53が閉じ込められる。待機後、蓋54が開けられ、基板移載機構55の先端部に取り付けられた保持ヘッド56によって、基板42が吸着により保持され、保持された基板42はボンディングステージ57上に移載される。その場合においても、トレイ43上にはパージノズル52により、特殊ガス53がパージされているので他のチップや基板上も特殊ガスで覆われている。このとき、保持ヘッド56内に特殊ガス58が吹き出されてから吸引により基板42が吸着保持され、ボンディングステージ57上に移載する際の吸着解除時には、再び保持ヘッド56内に特殊ガス58が吹き出されてヘッド内の真空状態が破壊される。また、チップ41側についても、蓋54が開けられ、チップ反転機構59の先端部に取り付けられた保持ヘッド60によって、チップ41が吸着により保持され、保持されたチップ41は反転された後、ボンディングツール61の下面上に移載される。その場合においても、トレイ43上にはパージノズル52により、特殊ガス53がパージされているので他のチップや基板上も特殊ガスで覆われている。このとき、保持ヘッド60内に特殊ガス62が吹き出されてから吸引によりチップ41が吸着保持され、ボンディングツール61に移載する際の吸着解除時には、再び保持ヘッド60内に特殊ガス62が吹き出されてヘッド内の真空状態が破壊される。
【0052】
チップ41がセットされたボンディングツール61と基板42がセットされたボンディングステージ57の双方に対し、それぞれ、パージノズル63、64から吹き出された特殊ガス65、66でチップ41表面上の雰囲気および基板42表面上の雰囲気がパージされながら、2視野の認識手段67を用いてアライメントされる。アライメント後、2視野の認識手段67が退避され、ボンディングヘッド68が下降され、ボンディングツール61に保持されているチップ41が、ボンディングステージ57に保持されている基板42に、加圧、場合によっては加熱を併用しながら、接合される。チップ41が基板42上に実装された後、その実装完成品が、たとえば基板移載機構55によって取り出され、完成品トレイ69内に収納される。完成品トレイ69内が順次取り出されてきた完成品で満杯になると、その完成品トレイ69がたとえばトレイローダー47により、完成品トレイ69を段積みするトレイチェンジャー44に払い出される。このように、一連の動作工程の各所に特殊ガスによるパージを適用できる。
【0053】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る接合方法および装置によれば、エネルギー波により金属接合部の接合面を洗浄した被接合物同士を接合するに際し、洗浄部から接合動作部への搬送経路において接合面を適切に望ましい表面活性化状態に維持することができ、エネルギー波洗浄による効果を最大限発揮させて、被接合物同士を高い信頼性をもって容易に接合できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様に係る接合装置の概略構成図である。
【図2】図1の装置における特殊ガス雰囲気下保持搬送手段部の拡大概略構成図である。
【図3】図1の装置において特殊ガス雰囲気下保持搬送手段を適用可能な搬送経路を示す概略構成図である。
【図4】図1の装置に特殊ガス局部噴出手段を設けた場合の接合動作部の概略部分構成図である。
【図5】図2の特殊ガス雰囲気下保持搬送手段の動作を示す概略構成図である。
【図6】図5の次の動作を示す特殊ガス雰囲気下保持搬送手段の概略構成図である。
【図7】図6の次の動作を示す特殊ガス雰囲気下保持搬送手段の概略構成図である。
【図8】トレイを使用した特殊ガス雰囲気下保持搬送手段の一例を示す概略構成図である。
【図9】 本発明の参考例に係る接合装置の概略構成図である。
【符号の説明】
1 接合装置
2、3 金属接合部
4 被接合物(チップ)
4a、5a 被接合物の基材
5 被接合物(基板)
6 真空ポンプ
7 チャンバ
8 プラズマ照射手段
9 プラズマ
10 Arガス供給ポンプ
11 接合動作部
12 一旦載置場所
13 反転機構
14 反転機構のヘッド部
15 ボンディングヘッド
16 ボンディングツール
17 ボンディングステージ
18 加熱手段としてのヒータ
19 加圧手段
20 位置調整テーブル
21 2視野の認識手段
22 超音波印加手段
31 アタッチメント
32 吸引孔
33 ガス吹出・吸引孔
34 ガス通路
41 チップ
42 基板
43 トレイ(ワークトレイ)
44 トレイチェンジャー
45 洗浄チャンバ
46 置換ガス
47 トレイローダー
48 特殊ガス
49 ステージテーブル
50 待機部
51 多孔質板
52 パージノズル
53 特殊ガス
54 蓋
55 基板移載機構
56 保持ヘッド
57 ボンディングステージ
58 特殊ガス
59 チップ反転機構
60 保持ヘッド
61 ボンディングツール
62 特殊ガス
63、64 パージノズル
65、66 特殊ガス
67 2視野の認識手段
68 ボンディングヘッド
69 完成品トレイ
71、72、73 搬送経路
81、82 局部的に特殊ガスを噴出する手段としてのノズル
91 トレイ
92 保持手段
93 特殊ガス供給路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a bonding method and apparatus for bonding objects to be bonded having a metal bonding portion on the surface of a base material such as a chip, a wafer, and various circuit boards.
[0002]
[Prior art]
As a method for bonding objects to be bonded having metal bonding portions, when bonding the bonding surfaces of silicon wafers, an inert gas ion beam or an inert gas fast atom beam is irradiated in a vacuum at room temperature prior to bonding. A silicon wafer bonding method in which sputter etching is performed is disclosed (see, for example, Patent Document 1). In this bonding method, oxides, organic substances, and the like on the bonding surface of the silicon wafer are formed by atoms activated by being blown by the beam, and the surfaces are bonded to each other by a high bonding force between the atoms. . Therefore, this method basically eliminates the need for heating for bonding, and enables bonding at a room temperature or a temperature close thereto by simply bringing the activated surfaces into contact with each other.
[0003]
However, in order to perform bonding at room temperature or a temperature close to that in this bonding method, when bonding the bonding surfaces of the metal bonding portions surface-activated by the energy wave etching as described above, Until it is bonded, it must be maintained in the surface activated state necessary for the bonding. In the above-mentioned Patent Document 1, cleaning and bonding are performed in a vacuum chamber, and although it is possible to perform bonding at a target normal temperature or a temperature close thereto as a test apparatus, actual production is possible. In most machines, it is required to perform cleaning and joining at different locations, and the workpieces that have been cleaned must be transferred from the cleaning location to the joining location and set in the layout required for joining. I must. Therefore, a means for holding and transporting the object to be joined is required.
[0004]
Such a conveying means is required to have a function of holding an object to be bonded so as not to touch the previously cleaned bonding surface. As a means to satisfy such a requirement, the object to be bonded is touched to the cleaned bonding surface. Means for adsorbing and holding so as not to be present has been proposed (for example, Patent Document 2).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2794429 (Claims)
[Patent Document 2]
JP 2002-64266 A (Claims, FIGS. 1 and 3-6)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the means proposed in
[0007]
Therefore, the object of the present invention is to bond the cleaned bonded surfaces as much as possible during the period from cleaning to bonding when bonding the objects to be bonded that have cleaned the bonding surfaces of the metal bonded portions by energy waves.ProperlyIt is possible to maintain a preferable surface activation state, especially while the workpiece is being transported.ProperlyIt is an object of the present invention to provide a joining method and apparatus that can maintain a preferable surface activation state and can join metal joints better and easily.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the bonding method according to the present invention uses the energy of the bonding surface of the metal bonded portion of the bonded object in the cleaning portion when bonding the bonded objects having the metal bonded portion to the surface of the base material. After washing with waves, the object to be bonded is conveyed to the bonding operation part in a non-contact state with respect to the bonding surface, and the metal bonding parts are bonded to each other after the objects to be bonded are arranged opposite to each other in the bonding operation part The bonding surface is at least a part of a transport path of an object to be bonded from the cleaning unit to the facing position of the bonding operation unit.An oxide film or an organic substance layer is formed on the bonding surface of the metal bonding portion cleaned by the energy wave by maintaining an atmosphere of an inert gas such as Ar gas or a non-oxidizing gas such as nitrogen gas. It is a gas that can prevent the adhesion ofSpecial gasofIn a state exposed to the atmosphere,Has a holding and conveying process in a special gas atmosphere that holds and conveys the object to be joinedIn addition, the holding and conveying step in the special gas atmosphere includes a step of adsorbing and holding an object to be bonded using an attachment having a gas blowing / suction hole for sucking out the special gas after being blown out, and in the adsorption holding step, The special gas is ejected from the gas blowout / suction hole of the attachment toward the object to be joined, so that the attachment is filled with the special gas and the atmosphere on the object to be joined is replaced with the special gas. The bonding surface is placed in a special gas atmosphere, and in that state, the attachment is brought into contact with the object to be bonded in a non-contact state with respect to the bonding surface, and then the attachment is filled through the gas blowing / suction holes. The special gas that has been sucked in is sucked and held by the attachment.It consists of the method characterized by this.
[0009]
Here, the special gas refers to an inert gas such as Ar gas or a non-oxidizing gas such as nitrogen gas. By maintaining the gas atmosphere, an oxide film is formed on the joint surface of the metal joint cleaned by the energy wave. It is a gas that can prevent the formation of organic layers and the adhesion of impurities. In other words, it refers to a gas that can maintain a predetermined surface activation state by keeping the cleaned bonding surface in a pure state by maintaining the gas atmosphere.
[0010]
The holding and transporting process under the special gas atmosphereAs above,Including a step of adsorbing and holding an object to be bonded using an attachment, and in the adsorption holding step, the attachment is brought into contact with the object to be bonded in a state where a special gas is ejected from the attachment side and the inside of the attachment is filled with the special gas. After that, the gas in the attachment is sucked to adsorb the object to be joined..In addition, even when vacuum breaking is performed after delivery of an object to be bonded, the vacuum state can be broken to atmospheric pressure by ejecting a special gas, and the object to be bonded can be released. In this suction holding process, when one of the objects to be bonded is sucked and held and then reversed and transferred to the above-mentioned opposed arrangement position (for example, when there is a so-called flip chip process), this suction is held in that process. It is preferred to apply retention. Moreover, it is also preferable to apply this adsorption holding to the step of directly taking out the object to be bonded from the cleaning section.
[0012]
Furthermore, in the case of having a step of placing the transferred workpiece once in the bonding operation unit, in addition to the holding and transporting step in the special gas atmosphere, the bonding surface of the workpiece at the once placement place It is preferable to have a step of locally ejecting the special gas toward the surface, that is, a step of locally purging the atmosphere of the joining surface portion of the object to be joined with the special gas. Furthermore, it is also preferable to include a step of locally ejecting a special gas between the objects to be bonded after the objects to be bonded are arranged opposite to each other in the bonding operation part. That is, after being taken out from the cleaning section, until the actual joining, in addition to the above-mentioned holding and transporting process in the special gas atmosphere, by performing a local purge of the special gas when the holding and transporting is not performed, The surface of the cleaned object to be bonded is prevented from being exposed to an oxidizing atmosphere or air as much as possible, and the surface activation state can be maintained.
[0013]
Moreover, in the above-mentioned joining method, it is preferable to join at least one of pressurization, heating, and ultrasonic wave application as a joining method between the metal joints, thereby enabling easier and more reliable joining. It becomes like this. The joining of the objects to be joined can be performed in the air, can be performed in a reduced pressure (in a vacuum), or can be performed in an inert gas.
[0014]
For cleaning with energy waves, it is preferable to use plasma from the viewpoints of ease of handling, ease of control, etc. Among them, it is preferable to use Ar plasma generated in an Ar gas atmosphere.
[0015]
In the cleaning by the energy wave, it is preferable to etch to a depth of 1 nm or more on the entire surface to which the metal joint portion is joined. By irradiating energy waves that can be etched to such a depth or more, it is possible to obtain surface properties necessary for joining metal joints even in the atmosphere.
[0016]
The joining according to the present invention is particularly suitable for joining metal joining parts whose surfaces are composed of any of gold, copper, Al, In, and Sn. For example, as a combination of metal joints to be joined together, the same kind of metal of gold, copper, Al, In, or Sn, or any two different kinds of metals, or one of which is gold and the other is copper, Al , In, or Sn. In particular, in the case of bonding between gold, bonding can be reliably performed even at room temperature. However, even in cases other than the bonding of gold (for example, bonding of gold / copper, gold / aluminum, etc.), bonding at room temperature or a temperature close thereto can be made possible. Further, when at least one of the metal joints is made of a specific metal, for example, gold, the entire electrodes and the like forming the metal joint can be made of gold, but only the surface can be made of gold. . The form for configuring the surface with gold is not particularly limited, and a form of gold plating or a form in which a gold thin film is formed by sputtering or vapor deposition may be employed.
[0017]
In addition, the surface hardness of at least one of the metal joints is 120 or less in terms of Vickers hardness Hv, more preferably, the hardness is reduced to 100 or less by annealing so that the surfaces can be satisfactorily adhered to each other when joining the metal joints. Is good. For example, the surface hardness Hv is preferably in the range of 30 to 70 (for example, the average Hv is 50). By setting it as such low hardness, the surface of a metal joint part deform | transforms appropriately finely at the time of joining pressure application, and more close joining is attained.
[0018]
A joining apparatus according to the present invention is an apparatus for joining objects to be joined each having a metal joint on the surface of a base material, the cleaning means for cleaning the joint surface of the metal joint by an energy wave, and the cleaning means. In a state of non-contact with the bonding surface provided between the cleaning means and the bonding means, the bonding means for bonding the metal bonded portions to each other after the objects to be bonded are arranged opposite to each other, and cleaned by the cleaning means And a means for conveying the object to be bonded to the bonding operation unit, wherein at least a part of the conveying means includes the bonding surface.An oxide film or an organic substance layer is formed on the bonding surface of the metal bonding portion cleaned by the energy wave by maintaining an atmosphere of an inert gas such as Ar gas or a non-oxidizing gas such as nitrogen gas. It is a gas that can prevent the adhesion ofSpecial gasofIn a state exposed to the atmosphere,From a holding and conveying means in a special gas atmosphere that holds and conveys the object to be joined.The special gas atmosphere holding and conveying means has a gas blowout / suction hole for sucking and sucking the special gas after jetting, and has an attachment for sucking and holding the object to be joined. By spouting a special gas from the hole toward the object to be bonded, the attachment gas is filled with the special gas, and the atmosphere on the object to be bonded is replaced with the special gas, so that the bonding surface of the object to be bonded is a special gas atmosphere. Place the attachment underneath and bring the attachment into contact with the object to be joined in a non-contact state with the joint surface, and then suck the special gas filled in the attachment through the gas blowing / suction holes. And means for adsorbing and holding the object to be attached to the attachment.It consists of what is characterized by this.
[0019]
As the special gas atmosphere holding and conveying means,As above,It has an attachment that holds and holds the object to be joined. Special gas is ejected from the attachment side and the attachment is filled with the special gas. It consists of means to adsorb the object to be joinedTo do.In addition, even when the vacuum break is performed after delivering the object to be bonded, the vacuum state can be broken to atmospheric pressure by ejecting the special gas, and the object to be bonded can be separated. The special gas atmosphere holding / conveying means having such an attachment can be provided in the means for holding one of the objects to be bonded by suction and then inverting it and delivering it to the opposed arrangement position. Moreover, it can also provide in the means to take out a to-be-joined object directly from the said washing | cleaning means.
[0021]
Further, when a place for placing the object to be joined once is provided in the joining operation part, the place once placed so that the cleaned joining surface is not exposed to an undesired atmosphere as much as possible. In addition, a means for locally ejecting the special gas toward the bonding surface of the objects to be bonded can be provided. In addition, a means for locally ejecting a special gas between the objects to be bonded can be provided at a position where the objects to be bonded are opposed to each other in the bonding operation section.
[0022]
The joining means preferably includes at least one means of a pressurizing means, a heating means for heating to 180 ° C. or less, preferably less than 150 ° C., and an ultrasonic wave applying means in order to promote joining between metals in a solid phase. . This joining means can be composed of means for joining metal joints in the atmosphere, or can be composed of means for joining metal joints together in a reduced pressure, and further, metal in an inert gas. It can also consist of means for joining the joints.
[0023]
Moreover, as said washing | cleaning means, a plasma irradiation means is preferable and especially an Ar plasma irradiation means is preferable.
[0024]
In addition, the cleaning means etches with a depth of 1 nm or more on the entire surface to which the metal joints are joined in order to perform the necessary surface etching even when the metal joints are joined in the air. It is preferable to comprise means for irradiating an energy wave with energy higher than possible.
[0025]
In addition, as described above, the combination of the surface metal species of the two metal joints to be joined may be the same kind of gold, copper, Al, In, Sn, or any two different kinds of metals, or One can be made of gold and the other can be made of copper, Al, In, or Sn. Especially, when it is set as the combination of gold | metal | money, joining becomes the easiest.
[0026]
Further, it is desirable that the surface hardness of at least one of the metal joints is 120 or less, preferably 100 or less in terms of Vickers hardness Hv so that the metal joints are joined more closely.
[0027]
In the bonding method and apparatus according to the present invention as described above, the surface of the metal bonding portion of the object to be bonded is irradiated with energy waves, the surfaces are cleaned by etching, and the activated metal bonding portions are at room temperature or the like. Bonded under. Between cleaning and actual joining, there are processes such as transporting the objects to be joined, various handling and placement at predetermined positions, etc. During the cleaning, the atmosphere in contact with the cleaned joint surface is maintained in a special gas atmosphere, and a predetermined holding and conveying operation is performed in that state. Therefore, during this holding and conveying, the bonding surface of the metal bonding portion whose surface has been activated by cleaning substantially contacts only the special gas, and does not touch the atmosphere. As a result, the joining surface can be maintained in a desirable pure state, and subsequent actual joining can be performed more easily and the joining reliability is improved.
[0028]
Furthermore, if the special gas is locally supplied toward the bonding surface at the place where the object to be bonded is placed or opposed to the bonding surface, the bonding surface is preferably used in other processes than the holding process in the special gas atmosphere. Can be maintained in a stable state. Therefore, from cleaning to actual bonding, it is possible to prevent the bonding surface from touching an undesired atmosphere as much as possible, and actual bonding can be performed easily and reliably while maintaining a desired pure state.
[0029]
As described above, it is possible to reliably maintain the effect of the surface activation of the joint surface by the energy wave cleaning until the actual joining, and to maximize the effect of facilitating the joining by the energy wave cleaning.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a bonding apparatus 1 according to an embodiment of the present invention, in which an object to be bonded 4 or 5 having a
[0031]
In the above description, the object to be bonded 4 is made of, for example, a chip, and the object to be bonded 5 is made of, for example, a substrate. Here, the term “chip” refers to all forms on the side to be bonded to the substrate regardless of the type and size, such as an IC chip, a semiconductor chip, an optical element, a surface mount component, and a wafer. For example, bumps are formed on the
[0032]
In the bonding operation unit 11, for example, the cleaned objects to be bonded 4 and 5 are once placed on a predetermined standby unit after being transported. From this
[0033]
In this embodiment, the
[0034]
Further, in this embodiment, the
[0035]
In this embodiment, first, as shown in FIG. 2, a
[0036]
The
[0037]
Note that the
[0038]
Further, once at the
[0039]
The joining method according to the present invention using the joining apparatus as described above is performed as follows. First, in a
[0040]
The
[0041]
From this state, the
[0042]
In such a series of operations, the objects to be bonded 4 and 5 are transferred from the
[0043]
First, as shown in FIG. 5, the special gas supplied through the
[0044]
When transported in such an adsorbed and held state, the joining surface of the article to be joined 4 is substantially placed in a special gas atmosphere from the start of the operation and comes into contact with only the special gas. Therefore, generation of an oxide film or organic layer and adhesion of foreign substances are effectively prevented, and the bonding surface is maintained in a desirable surface activation state, and subsequent bonding is performed in a more desirable state.
[0045]
The holding and transporting in the special gas atmosphere using the
[0046]
After holding and transporting in the special gas atmosphere using the
[0047]
Further, as shown in FIG. 4, the special gas is ejected locally at the
[0048]
In addition,In the above embodiment, the case where the object to be bonded is directly held and conveyed has been described.The technical idea related toAlso in the case of having a process of placing an object to be joined on a tray and holding and transporting the trayApplicable.For exampleAs a reference example,When the object to be cleaned is placed on the tray and cleaned with energy waves in the
[0049]
FIG. 8 shows a case where the cleaned
[0050]
In the present invention holding and transporting in a special gas atmosphere,AboveIt can be applied to various places likeHowever, when using a tray as described aboveExamples of desirable overall configuration applied to various locationsAs a reference exampleAs shown in FIG. In FIG. 9, for example, the
[0051]
In the
[0052]
For both the
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the joining method and apparatus according to the present invention, when joining the objects to be joined, in which the joining surfaces of the metal joining portions are cleaned by energy waves, in the transport path from the cleaning portion to the joining operation portion. The joining surfaces can be appropriately maintained in a desired surface activation state, and the effects of energy wave cleaning can be maximized to easily join the objects to be joined with high reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged schematic configuration diagram of a holding and conveying means section in a special gas atmosphere in the apparatus of FIG.
3 is a schematic configuration diagram showing a transport path to which a special gas atmosphere holding transport means can be applied in the apparatus of FIG.
4 is a schematic partial configuration diagram of a joining operation unit when special gas local jetting means is provided in the apparatus of FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing the operation of the holding and conveying means in the special gas atmosphere of FIG.
6 is a schematic configuration diagram of a holding and conveying means in a special gas atmosphere showing the next operation of FIG.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a holding and conveying unit under a special gas atmosphere showing the next operation of FIG.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a holding and conveying unit in a special gas atmosphere using a tray.
FIG. 9 shows the present invention.Reference exampleIt is a schematic block diagram of the joining apparatus which concerns on this.
[Explanation of symbols]
1 Joining device
2, 3 Metal joint
4 Bonded object (chip)
4a, 5a Substrate base material
5 Substrate (substrate)
6 Vacuum pump
7 Chamber
8 Plasma irradiation means
9 Plasma
10 Ar gas supply pump
11 Joining operation part
12 Place once
13 Reverse mechanism
14 Head part of reversing mechanism
15 Bonding head
16 Bonding tool
17 Bonding stage
18 Heater as heating means
19 Pressurizing means
20 Position adjustment table
21 Two field of view recognition means
22 Ultrasonic wave application means
31 Attachment
32 Suction hole
33 Gas blowout / suction holes
34 Gas passage
41 chips
42 Substrate
43 Tray (work tray)
44 Tray Changer
45 Cleaning chamber
46 Replacement gas
47 Tray loader
48 Special gas
49 Stage table
50 standby section
51 porous plate
52 Purge nozzle
53 Special gas
54 lid
55 Substrate transfer mechanism
56 Holding head
57 Bonding stage
58 Special gas
59 Chip reversal mechanism
60 Holding head
61 Bonding tool
62 Special gas
63, 64 Purge nozzle
65, 66 Special gas
67 Two-field recognition means
68 Bonding head
69 Finished product tray
71, 72, 73 Transport path
81, 82 Nozzle as means for locally ejecting special gas
91 trays
92 Holding means
93 Special gas supply path
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