JP2001522309A - 融解ロウ分配システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ロウを分配する装置が、その中に形成された複数のフロー溝（１２）を持つノズル体（１０）を含む。各フロー溝（１２）は、ロウを分配する入口端（１４）及び分配端（１６）を有する。ノズル体（１０）は、各分配端（１６）を取り囲むニップル（２２）を形成し、ノズル体（１０）は更に各ニップル（２２）を保護し各分配端（１６）と連通する遮蔽室（２４）を形成し、そして選択的に、不活性ガスのフローを起こし及び／又は分配区域から雰囲気酸素を取り除く。ノズル体は、精密加工シリコンを有する。種々のフロー溝形状が、フロー特性の改良のために設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】 融解ロウ分配システム 本発明は、ロウ付けシステムに関し、より具体的には、ロウ分配の改良のため のノズル体の形状に関する。 ロウ分配作業は、製造中の製品にロウを分配するノズルと連通するポンプを含 むのが、一般的である。ロウは、ポンプを用いてノズルを通してかけられるか、 重力によりノズルを通して分配されるかの、いずれかとすることが出来る。 微細間隔のロウ付け作業における共通の問題は、分配されるロウに効果的な制 御がなされていないということである。大きな分配開口の単一ノズルは、作業を 制御するのが困難であるという結果を招く。互いに近接した一連のノズルを設け るという試みは、隣り合う溶滴が癒着し、それによりロウがその所望の位置にお いて凝固するにつれて不均一さを生じるが故に、行われなくなった。分配作業の 間にノズルの端部に残った溶滴は、表面張力のために、ノズルにくっつき広がっ て、近傍のノズルからの隣接する溶滴と癒着する。 従来技術のロウ付け作業で経験される更なる問題は、分配区域を充分に不活性 にすることが出来ないということで、その結果、ロウの酸化及び早期凝固を招く 。この酸化は、ロウが製品に張り付く能力に悪い影響を与える。分配区域の不活 性化を促進するロウ分配装置を設けることが望ましい。 スムーズな分配のためにロウのフローが正確に制御された方法で、ロウが製造 中の製品に対して正確にかつ均一に載せられる、ロウ分配装置 を設けるのが更に望ましい。 本発明は、ロウのフローを方向付けするためにその中に形成された複数のフロ ー溝を持つ精密加工されたノズル体を設けることにより、従来技術のロウ分配組 立体の上述の欠点を解消する。隣合う溝間の癒着を防止するために、フロー溝の 各々の端部にニップルが設けられる。遮蔽室が、各ニップルを保護しロウのフロ ーを導くために、各フロー溝と連通される。種々のフロー溝形状が、フロー特性 を向上させるために設けられる。 より詳細には、本発明は、ロウを吐出するポンプ及び、その中に形成された複 数のフロー溝を有するノズル体を有する、ロウを分配する装置を設ける。各フロ ー溝は、ポンプと流体連通する入口端及び、ロウを分配する分配端を含む。ノズ ル体は、各分配端を囲むニップルを形成する。ノズル体は更に、各ニップルを保 護するために、各分配端と連通する遮蔽室を形成する。 更に、本発明は、その中に形成された略平行な複数のフロー溝を有するノズル 体を含む、ロウを分配する装置を設ける。各フロー溝は入口端及び分配端を含む 。分配端が列を形成する。 種々の実施例においては、フロー溝には、テーパー状の側壁、波形の側壁及び 多角形及び非円形断面が与えられる。 更なる実施例においては、ノズル体が、ロウの早期凝固及び酸化を防止するた めに遮蔽室へ不活性ガスを分配し、遮蔽室と流体連通した、少なくとも一つのガ ス供給溝を含む。 本発明は、ロウのフローの均一性及び正確性が向上させられ、隣り合うロウ・ フロー溝の癒着が排除された、ロウを分配する改良された装置を設ける。ニップ ルの端部における残留溶滴の形成は減少させられるか 又は排除される。 ここで、発明が、例を用いて、添付の図面を参照して説明される。 図１は、本発明によるノズル体の斜視図である。 図２は、本発明による図１から半分取り出されたノズル体の斜視図である。 図３は、図２に示された半体の拡大図である。 図４は、図２に示されたノズル体の半分の横立画断面図である。 図５は、図１に示された半体の拡大図である。 図６は、本発明の第２実施例による、ノズル体の半分の横立面断面図である。 図７は、図６から取り出されたノズル体の半分の拡大図である。 図８は、図７に示されたノズル体の一部の破断斜視図である。 図９は、本発明によるノズル体の第３実施例の破断斜視図である。 図１０は、本発明によるノズル体の第４代替実施例の鉛直断面図である。 図１１は、ノズル体の喉部を見下ろす図１０に示されたノズル体の上面図であ る。 図１２は、図１０から取り出された拡大図である。 図１３は、本発明によるノズル体の第５代替実施例の断面図である。 図１４は、本発明の第６代替実施例によるノズル体フロー溝の破断断面図であ る。 図１５は、本発明の第７代替実施例によるノズル体の斜視図である。 図１６は、図１５の詳細１６から取り出された拡大図である。 図１７は、図１５に示されたノズル体の分解斜視図である。 図１−５に、本発明に従って、ノズル体１０が示される。ノズル体１０は、そ の中に形成された複数のフロー溝１２を含む。各フロー溝は入口端１４及び分配 端１６を含む。ノズル体１０は、シリコンで形成された第１及び第２の半体１８ ，２０からなる。フロー溝が半体１８，２０へ精密加工される。 分配端１６を取り囲む脆いニップル２２を精密加工することにより、分配端１ ６における癒着が大いに減らされるかなくされる。脆いニップル２２を保護する ために、各ニップル２２を取り扱い中に保護するために取り囲む遮蔽室２４が設 けられる。勿論、ニップルは種々の異なった寸法で形成され得る。ロウを保護用 遮蔽室２４に押し通すことにより、分配端１６からの融解ロウの正確な分配がか なり促進される。遮蔽室の直径は、分配端の出口直径よりもかなり大きい。それ で、ロウは、遮蔽室２４の断面を完全に満たさずに、滴の連続的流れとして分配 端１６から現われる。 時には分配端１６の不完全さ故に、ロウのフローの向きが少し狂う可能性があ る。修正が行われなければ、隣り合う流れの癒着が起こるかもしれない。保護遮 蔽物２４の壁は、ショットガンのバレルにかなり似て、流れを再度方向付けし、 癒着を防止し、そして流れを所望の方向に押し向ける。遮蔽室２４の壁は、ロウ で濡れるものではないので、流れは離れて、略鉛直方向下向きに向いた経路上に あり続ける。加えて、壁は分配端１６を物理的に引き離し、分配端１６における 隣り合う流れの癒着を避ける。 フロー溝１２の分配端１６における低酸素濃度を保つことは、均一な分配のた めに重要である。本発明の付加的任意選択的機構には、図６− ８に図解された第２実施例に示された様な、保護用遮蔽室２４へ開口し、不活性 ガスを室に供給するガス供給溝が含まれる。ガス供給溝は精密加工ノズル体１４ の中へ加工される。システムのこの構造は、分配端１６からロウが放たれるとき に、分配されたロウを不活性にすることになる。保護用遮蔽室２４へと導かれた 窒素又はその他の不活性ガスは、分配端１６から流れ出て、遮蔽室２４を出る。 そして、雰囲気からの酸素の拡散に対する付加的な障壁を構成する。 ノズル体は、等方性及び異方性のウェット化学エッチング、プラズマ又は反応 性イオン・エッチング、深いボロン拡散、犠牲ウェーハ処理、エピタキシャル・ シリコン生長、パッシベーション被膜溶着、ウェーハ結合、化学機械的ウェーハ 研磨及び電気化学的エッチングを含み得るシリコン精密加工手法の新規な組み合 わせを用いて、製作される。その結果が、溶融ロウ及び不活性窒素ガスを分配す る、微細溝、マニフォールド、ポート及びニップル状の分配端の三次元ネットワ ークである。 それで、保護された分配端１６は、保護されていないものに対していくつかの 利点を有する。保護用遮蔽物の壁が、溶融ロウ噴流の「ショットガンの様な」方 向を与え、オリフィスにおける隣り合う噴流との癒着を防止し、分配のピン・ポ イントの正確さを確保する。脆い分配端のニップル２２は、取り扱い中における 損傷に対して良く保護される。保護室２４は、ロウ分配端１６へ向けての酸素の 拡散に対する付加的な障壁を与える。保護遮蔽物２４へ直接導かれた不活性ガス は、分配端１６から酸素を押し出し、酸素輸送への付加的な障壁を与える。 フロー溝１２の断面は、多角形又はスムーズな円形、又は丸められた角部を持 つ四角形であっても良い。多角形断面の鋭角部は、非ウェット流が、全体を満た すのを許容しない。それで、分配中において、貯留部 より下の流体柱全体に沿っての断面は、回りのガスに部分的に接触したままであ る。いくつかの場合においては、これは一つ又はそれ以上の場所において流体柱 の不均一な食い切りを起こし、場合によっては分配後に溝の中に、流体の後屑を 残す可能性がある。スムーズな形状は、屑形成の傾向を弱め、分配をより均一な ものとする。 勿論、フロー溝１２は、テーパー状又は収束形状とすることが出来るであろう し、また、テーパーを曲げる、波打たせる等も可能であると思われる。これは、 ロウのインターフェースを溝内に位置させることを可能として、同様にロウ噴流 のフロー特性を向上出来る。 図９は、フロー溝３０が、分配端３２において、楕円形断面とされた、代替の ニップル構成の斜視図を示す。この実施例において、ニップル２８は長さが約１ ０−３０ミクロンで、ニップルの壁は幅が約５−１５ミクロンである。勿論これ らの寸法は変更可能である。 図１０−１２は、本発明の第４代替実施例による、フロー溝３４を一列含む湧 き出されたシリコン・ウェーハの形状を示す。湧き出されたウェーハ３６は、ウ ェーハを分配ヘッドに取り付けるのを容易にするためにウェーハの長さを長いま まとしたままで、短いフロー溝３４の使用を許容する。短いフロー溝は、分配後 に流体インターフェースの平衡位置を溝３４の中に制限し、それにより連続分配 に対するより良い容量制御を起こすことになる。ウェーハ３６の湧き出し部は、 空力的支持支柱３８を持ち、フローの乱れを最小にしたままで、ウェーハ３６を 強化する。好ましい実施例において、フロー溝３４は、分配端４０において直径 ８０ミクロンで、入口端４２において直径２４０ミクロンで、そして入口端４２ から分配端４０までの長さ１４００ミクロンとされる。支持支柱３８は、長さ４ ０００ミクロンで、先端４６に向けて狭まる幅２００ミ クロンの本体部４４を有するのが好ましい。勿論、これは単に好ましい実施例で あって、寸法は変わっても良い。 図１３は更に、第５代替実施例による収束する断面のフロー溝５２を有する更 に代替のノズル体５０を示す。収束状態は、テーパーであっても、任意の形状の 他のコーンであっても良い。収束輪郭はフロー中の不安定性を抑えて、溝５２を 通るフローを加速させて、それにより出口境界層を最小にする。収束溝５２は、 所定の領域への分配後に、インターフェースの平衡位置を制限する様に設計して も良い。その設計は、分配後に、表面張力（溝の局部断面により決まる）及び静 的圧力が平衡する位置にインターフェースが来ることになるということの考慮に 基づく。制限されたインターフェースの平衡位置が全ての溝及び連続した分配作 業に亘って一定であるということの結果、制御されたロウの容量が均一に分配さ れるということになる。図１３に示された実施例において、入口端５４は直径２ ００ミクロンであるのが好ましく、分配端５６は直径５５ミクロンであるのが好 ましい。更に、フロー溝５２は長さ９０００ミクロンであるのが好ましい。 図１４は、第６代替実施例による波形フロー溝壁６０を持つ、更に別の代替ノ ズル体５８を示す。これらの波形状は、大きい波数を有する乱れを生じる圧力摂 動を生む。これらの乱れが、フロー中の不安定性の発生に応じた周囲の音響ノイ ズを変調する。変調された乱れが、その波数が充分大きいものである様なもので あれば、これら周囲の乱れが抑えられることになろう。波形状は、分配端６２の 直径の１／１０に等しい高さ及び、分配端６２の直径の１４／１００に等しい振 動数幅を持つのが好ましい。勿論、他の全ての実施例と同様に、この実施例を他 の実施例のいずれかと組み合わせることが可能で、そして、フロー溝をテーパー 状とすることが出来る。 分配作業中において、ロウがノズル体の分配端にくっついて、隣り合う流体流 れが癒着しそして不均一な分配を招くことを防止するために、上述の様にニップ ルが設けられる。 図１５−１７は、第７代替実施例によりフロー溝６８が保護遮蔽体を含まない ノズル体の実施例６６を示す。勿論、ニップルは種々の異なった形状で形成され ることが可能である。 本発明を実施するための最良の態様について詳細に述べてきたが、本発明が関 連する分野の当業者であれば、添付の特許請求の範囲内で本発明を実現する種々 の代替案及び実施例を想到出来ると思われる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴィヴェック、アミア、イェイレイツブホ イ アメリカ合衆国ミシガン州ファーミント ン・ヒルズ、パイン・コーン・ドライブ、 31122 (72)発明者 ラクヒ、ナンディアル、ゴエンカ アメリカ合衆国ミシガン州アナーバー、セ カンド・ストリート、621 (72)発明者 ランディ、クラウデ、スティーブンソン アメリカ合衆国ミシガン州サリン、オー ク・パーク・ドライブ、3482

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ロウを分配する装置であって、各々がロウを分配するための入口端及び分 配端を有し、その中に形成された複数のフロー溝を持つノズル体を有し、該ノズ ル体が上記各分配端を取り囲むニップルを形成し、上記ノズル体が更に各々の上 記ニップルを保護するために上記各分配端と連通する遮蔽室を形成する。 ２．請求項１に記載の装置であって、上記遮蔽室の各々は、ロウのフローを案 内する略平行な側壁を有する。 ３．請求項１又は２に記載の装置であって、上記ノズル体は更に、上記遮蔽室 へ不活性ガスを分配する上記各遮蔽室と流体連通する少なくとも一つのガス供給 溝を有する。 ４．請求項１から３のいずれかに記載の装置であって、上記フロー溝の各々は 、上記分配端が２００ミクロン未満の直径を有する様にテーパー状とされている 。 ５．請求項１から３のいずれかに記載の装置であって、上記フロー溝は円形断 面を有する。 ６．ロウを分配する装置であって、各々が入口端及び分配端を持つ、その中に 形成された複数の略平行なフロー溝を持つノズル体を有し、上記分配端が列を形 成する。 ７．請求項６に記載の装置であって、上記各フロー溝が、上記分配端において 上記入口端においてよりも狭くなるようにテーパー状とされた側壁を有する。 ８．請求項６に記載の装置であって、上記フロー溝がその長さに沿って波形の 側壁を有する。 ９．請求項６に記載の装置であって、上記フロー溝が非円形断面を有する。 １０．ロウを分配する装置であって、 各々がロウを受ける入口端及びロウを分配する分配端を持つ、その中に形成さ れた複数のフロー溝を持ち、上記分配端を取り囲むニップルを形成し、更に、上 記分配端と連通する遮蔽室を形成するノズル体を有し、上記各遮蔽室は方向のず れたロウのフローを再度方向付けする略平行な側壁を有し、そして 上記ノズル体が更に、上記遮蔽室に不活性ガスを分配する上記各遮蔽室と流体 連通した少なくとも一つのガス供給溝を有する。