JP2004119664A - 接合方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】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、洗浄部から接合動作部の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、接合面を特殊ガス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接合方法、および接合装置。
【選択図】　図６

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、前記接合面を特殊ガス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、たとえば、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ことができる。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。
【００１１】
また、上記特殊ガス雰囲気下保持搬送工程は、たとえば、被接合物を載せたトレイを保持して搬送する工程を含み、該トレイ保持搬送工程では、トレイ上の被接合物の接合面に向けて特殊ガスを噴出するようにすることができる。このように、トレイを用いて被接合物を搬送する工程に対しては、特殊ガスを噴出し、被接合物の接合面の周囲にある大気や望ましくないガスを特殊ガスでパージすることにより、接合面特殊ガス雰囲気に曝した状態を形成できる。
【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、前記接合面を特殊ガス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、たとえば、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できる。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。
【００２０】
また、上記特殊ガス雰囲気下保持搬送手段としては、たとえば、被接合物を載せたトレイを保持して搬送するとともに、該トレイ保持搬送中に、トレイ上の被接合物の接合面に向けて特殊ガスを噴出する手段から構成できる。
【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】
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適用できる。たとえば、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採用すればよい。
【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、上述の如く各種場所に適用できる。各所に適用した望ましい全体構成例を図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】本発明の別の実施態様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

Claims (32)

1. 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、前記接合面を特殊ガス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ことを特徴とする接合方法。
2. 前記特殊ガス雰囲気下保持搬送工程が、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、請求項１の接合方法。
3. 前記吸着保持工程が、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工程を含む、請求項２の接合方法。
4. 前記吸着保持工程が、前記洗浄部から被接合物を直接取り出す工程を含む、請求項２または３の接合方法。
5. 前記特殊ガス雰囲気下保持搬送工程が、被接合物を載せたトレイを保持して搬送する工程を含み、該トレイ保持搬送工程では、トレイ上の被接合物の接合面に向けて特殊ガスを噴出する、請求項１の接合方法。
6. さらに、前記接合部内に、搬送されてきた被接合物を一旦載置する工程を有し、かつ、該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、請求項１〜５のいずれかに記載の接合方法。
7. 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、請求項１〜６のいずれかに記載の接合方法。
8. 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、請求項１〜７のいずれかに記載のの接合方法。
9. 大気中で接合する、請求項１〜８のいずれかに記載の接合方法。
10. 減圧中で接合する、請求項１〜８のいずれかに記載の接合方法。
11. 不活性ガス中で接合する、請求項１〜８のいずれかに記載の接合方法。
12. 前記エネルギー波としてプラズマを用いる、請求項１〜１１のいずれかに記載のの接合方法。
13. 前記エネルギー波としてＡｒプラズマを用いる、請求項１２の接合方法。
14. 前記エネルギー波による洗浄により、前記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、請求項１〜１３のいずれかに記載の接合方法。
15. 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、請求項１〜１４のいずれかに記載の接合方法。
16. 少なくとも一方の金属接合部の表面硬度をビッカース硬度Ｈｖで１２０以下にする、請求項１〜１５のいずれかに記載の接合方法。
17. 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、前記接合面を特殊ガス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ることを特徴とする接合装置。
18. 前記特殊ガス雰囲気下保持搬送手段が、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なる、請求項１７の接合装置。
19. 前記特殊ガス雰囲気下保持搬送手段が、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られている、請求項１８の接合装置。
20. 前記特殊ガス雰囲気下保持搬送手段が、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られている、請求項１８または１９の接合装置。
21. 前記特殊ガス雰囲気下保持搬送手段が、被接合物を載せたトレイを保持して搬送するとともに、該トレイ保持搬送中に、トレイ上の被接合物の接合面に向けて特殊ガスを噴出する手段からなる、請求項１７の接合装置。
22. さらに、前記接合動作部内に、搬送されてきた被接合物の一旦載置場所が設けられ、かつ、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が設けられている、請求項１７〜２１のいずれかに記載の接合装置。
23. さらに、前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が設けられている、請求項１７〜２２のいずれかに記載の接合装置。
24. 前記接合手段が、加圧、加熱、超音波印加の少なくとも一つの手段を有する、請求項１７〜２３のいずれかに記載の接合装置。
25. 前記接合手段が、大気中で被接合物同士を接合する手段からなる、請求項１７〜２４のいずれかに記載の接合装置。
26. 前記接合手段が、減圧中で被接合物同士を接合する手段からなる、請求項１７〜２４のいずれかに記載の接合装置。
27. 前記接合手段が、不活性ガス中で被接合物同士を接合する手段からなる、請求項１７〜２４のいずれかに記載の接合装置。
28. 前記洗浄手段が、プラズマ照射手段からなる、請求項１７〜２７のいずれかに記載の接合装置。
29. 前記洗浄手段が、Ａｒプラズマ照射手段からなる、請求項２８の接合装置。
30. 前記洗浄手段が、前記金属接合部の接合される全表面で１ｎｍ以上の深さ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、請求項１７〜２９のいずれかに記載の接合装置。
31. 接合される各金属接合部の表面が金、銅、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎのいずれかにより構成されている、請求項１７〜３０のいずれかに記載の接合装置。
32. 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以下とされている、請求項１７〜３１のいずれかに記載の接合装置。

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